嵌入式软件开发常用的关键字和运算符

1volatile关键字

volatile是一个特征修饰符，提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变，因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候，告诉编译器对该变量不做优化，都会直接从变量内存地址中读取数据，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

常用场景：中断服务与主程序共享变量。示例代码如下：

//volatile uint8_t flag=1;
uint8_t flag=1;


void test(void)
{
    while(flag)
    {
        //do something
    }
}


//interrupt service routine
void isr_test(void)
{
    flag=0;
}

如果没使用volatile定义flag，可能在优化后test陷入死循环，因为test里使用的flag并没修改它，开启优化后，编译器可能会固定从某个内存取值。

2const关键字

const 是 constant 的缩写，意思是“恒定不变的”，它是定义常变量的关键字。

通常有4种用法。

1、修饰变量

采用const修饰变量，即变量声明为只读，保护变量值以防被修改。

const int i = 1;
或者
int const i=1;

变量i具有只读特性，不能够被更改；若想对i重新赋值，如i = 10，属于错误操作。

2、修饰数组

数组元素与变量类似，具有只读属性，不能被更改，一旦更改，编译时就会报错。

const int array[5] = {1,2,3,4,5};
array[0] = array[0]+1; //错误，array是只读的，禁止修改

使用大数组存储固定的信息，例如查表（表驱动法的键值表），可以使用const节省ram。编译器并不给普通const只读变量分配空间，而是将它们保存到符号表中，无需读写内存操作，程序执行效率也会提高。

3、修饰指针

C语言中const修饰指针要特别注意，共有两种形式，一种是用来限定指向空间的值不能修改；另一种是限定指针不可更改。

int i = 1;
int j = 2;


const int *p1 = &i;
int* const p2 = &j;

上面定义了两个指针p1和p2，区别是const后面是指针本身还是指向的内容。

在定义1中const限定的是*p1，即其指向空间的值不可改变，若改变其指向空间的值如*p1=10，则程序会报错；但p1的值是可以改变的，对p1重新赋值如p1=&k是没有任何问题的。

在定义2中const限定的是指针p2，若改变p2的值如p2=&k，程序将会报错；但*p2，即其所指向空间的值可以改变，如*p2=20是没有问题的，程序正常执行。

4、 修饰函数参数

const关键字修饰函数参数，对参数起限定作用，防止其在函数内部被修改，所限定的函数参数可以是普通变量，也可以是指针变量。

void fun(const int i)
{
    ……
    i++; //对i的值进行了修改，程序报错
}

常用的函数如strlen。

size_t strlen(const char *string);

const在库函数中使用非常普遍，是一种自我保护的安全编码思维。

3static关键字

1、static修饰全局变量，该变量只在本文件内被访问，不能在其他文件被直接访问。

2、static修饰函数，该函数只能在本文件内被访问，不能被其他文件访问。但是可以通过嵌套的方式调用，变相的封装的表现。

3、static修饰局部变量，更改该局部变量的生命周期。

生命周期：将临时变量的生命周期变成全局变量的生命周期。

作用域不变：作用域仍然是在本代码块内。

4struct与union

可以使用struct结构体来存放一组不同类型的数据。

struct 结构体名{
    结构体所包含的变量或数组
};

结构体是一种集合，它里面包含了多个变量或数组，它们的类型可以相同，也可以不同，每个这样的变量或数组都称为结构体的成员，通常我们使用结构体定义和解析协议，如下所示：

// WiFi接收数据帧，控制切换模式
#pragma pack(1)
typedef struct receive_data_mode_t
{
    uint8_t device_head;        // 数据帧头：0XA0+功能码（FUNCTION_ID3），A款产品智能插座
    uint16_t device_len;        // 数据包总长度
    uint16_t device_id;         // 节点ID 0X0001~0XFFFE
    char software_version[15];  // 软件版本 SMART_SW_A1_1.0 A款产品软件1.0版本
    char hardware_version[15];  // 硬件版本 SMART_HW_A1_1.0 A款产品硬件1.0版本
    uint8_t switch_mode;        // 切换模式 0：运行模式，1：配置模式，2：节点升级，3：节点重启
    uint16_t crc;               // 校验位
}ReceiveData_Mode_t;
#pragma pack()

union共用体关键字，定义union下面的成员变量共享一块内存，每一个成员在任一时刻有且只有一个成员使用此块内存。

union 共用体名{
    成员列表
};

结构体和共用体的区别在于：结构体的各个成员会占用不同的内存，互相之间没有影响；而共用体的所有成员占用同一段内存，修改一个成员会影响其余所有成员。

通常使用共用体做一些标志位操作，例如以下示例，可以非常灵活的访问Val中的bit位。

typedef union
 {
     BYTE Val;
     struct __packed
     {
        BYTE b0:1;
        BYTE b1:1;
        BYTE b2:1;
        BYTE b3:1;
        BYTE b4:1;
        BYTE b5:1;
        BYTE b6:1;
        BYTE b7:1;
    } bits;
}BYTE_VAL, BYTE_BITS;

或者使用共用体实现单字节与多字节的转化和拼接，如下所示：

#include "stdio.h"


typedef struct
{
    union
    {
        struct
        {
            unsigned char low;
            unsigned char high;
        };
        unsigned short result;
    };
}test_t;




int main(int argc, char *argv[])
{
    test_t hello;


    hello.high=0x12;
    hello.low=0x34;


    printf("result=%04X
",hello.result);//输出 result=1234 


    return 0;
}

5预定义标识符

一般编译器都支持预定义标识符，这些标识符结合printf等打印信息帮助程序员调试程序是非常有用的，一般编译器会自动根据用户指定完成替换和处理。

常用的预定义标识符如下所示：

__FILE__    //表示编译的源文件名
__LINE__   //表示当前文件的行号
__FUNCTION__  //表示函数名
__DATE__  //表示编译日期
__TIME__   //表示编译时间

在Debug打印日志时候经常会用到，如下所示：

printf("file:%s,line:%d,date:%s,time:%s",__FILE__,__LINE__,__DATE__,__TIME__);

6#与##

#：是一种运算符，用于带参宏的文本替换，将跟在后面的参数转成一个字符串常量。

##：是一种运算符，是将两个运算对象连接在一起，也只能出现在带参宏定义的文本替换中。

#include "stdio.h"


#define TO_STR(s) #s
#define COMB(str1,str2) str1##str2


int main(int argc, char *argv[])
{
    int UART0= 115200;


    printf("UART0=%d
", COMB(UART, 0));//字符串合并为变量UART0
    printf("%s
", TO_STR(3.14));//将数字变成字符串


    return 0;
}

7void 与 void*关键字

void表示的是无类型，不能声明变量或常量，但是可以把指针定义为void类型，如void* ptr。void* 指针可以指向任意类型的数据，在C语言指针操作中，任意类型的数据地址都可转为void* 指针。因为指针本质上都是unsigned int。

常用的内存块操作库函数：

void * memcpy( void *dest, const void *src, size_t len );
void * memset( void *buffer, int c, size_t num);

数据指针为void* 类型，对传入任意类型数据的指针都可以操作。另外其中memcpy第二个参数，const现在也如前文所述，拷贝时对传入的原数据内容禁止修改。

特殊说明，指针是不能使用sizeof求内容大小的，在ARM系统固定为int 4字节。对于函数无输入参数的，也尽量加上void，如下所示：

void fun(void);

8weak关键字

一般简化定义如下所示：

#define _WEAK __attribute__((weak))

函数名称前面加上__WEAK属性修饰符称为“弱函数”，类似C++的虚函数。链接时优先链接为非weak定义的函数，如果找不到则再链接带weak函数。

_WEAK void fun(void)  
{  
    //do this
}  


//不在同一个.c，两同名函数不能在同一个文件
void fun(void)  
{  
    //do that
}

这种自动选择的机制，在代码移植和多模块配合工作的场景下应用较多。例如前期移植代码，需要调用某个接口fun，但当前该接口不存在或者未移植完整使用，可以使用weak关键字定义为空函数先保证编译正常。

后续移植完成实现了fun，即软件中有2个fun函数没有任何错误，编译器自动会识别使用后者。当然也粗暴的#if 0屏蔽对fun的调用，但要确保后续记得放开。

审核编辑：汤梓红