嵌入式C语言知识点总结

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怎么做好嵌入式？相信这个问题无论问谁你都会得到一句学好C语言！今天推荐一篇大佬写的嵌入式C语言知识点总结，非常值得一读。

从语法上来说C语言并不复杂， 但编写优质可靠的嵌入式C程序并非易事，不仅需要熟知硬件特性和缺陷，还需要对编译原理和计算机技术知识有着一定的了解。

本文以嵌入式实践为基础，再结合相关资料, 阐述嵌入式需要了解的C语言知识和重点，希望每个读到这篇文章的人都能有所收获。

1 关键字

关键字是C语言中具有特殊功能的保留标示符，按照功能可分为

1.数据类型(常用char, short, int, long, unsigned, float, double)

2.运算和表达式(=, +, -, *, while, do-while, if, goto, switch-case)

3.数据存储(auto，static ，extern，const，register，volatile，restricted)

4.结构(struct, enum, union,typedef),

5.位操作和逻辑运算(<<, >>, &, |, ~，^, &&)，

6.预处理(#define, #include, #error，#if…#elif…#else…#endif等)，

7.平台扩展关键字(__asm, __inline，__syscall)

这些关键字共同构成了嵌入式平台的C语法。

嵌入式的应用从逻辑上可以抽象为三个部分：

1). 数据的输入(如传感器，信号，接口输入),

2). 数据的处理(如协议的解码和封包，AD采样值的转换等)

3). 数据的输出(GUI的显示，输出的引脚状态，DA的输出控制电压，PWM波的占空比等)，

对于数据的管理就贯穿着整个嵌入式应用的开发，它包含数据类型，存储空间管理，位和逻辑操作，以及数据结构，C语言从语法上支撑上述功能的实现，并提供相应的优化机制，以应对嵌入式下更受限的资源环境。

2 数据类型

C语言支持常用的字符型，整型，浮点型变量，有些编译器如keil还扩展支持bit(位)和sfr(寄存器)等数据类型来满足特殊的地址操作。

C语言只规定了每种基本数据类型的最小取值范围，因此在不同芯片平台上相同类型可能占用不同长度的存储空间，这就需要在代码实现时考虑后续移植的兼容性。

而C语言提供的typedef就是用于处理这种情况的关键字，在大部分支持跨平台的软件项目中被采用，典型的如下：

既然不同平台的基本数据宽度不同，那么如何确定当前平台的基础数据类型如int的宽度，这就需要C语言提供的接口sizeof，实现如下：

1 | printf("int size:%d, short size:%d, char size:%d\n", sizeof(int), sizeof(char), sizeof(short));

这里还有重要的知识点，就是指针的宽度，如：

其实这就和芯片的可寻址宽度有关，如32位MCU的宽度就是4，64位MCU的宽度就是8，在有些时候这也是查看MCU位宽比较简单的方式。

3 内存管理和存储架构

C语言允许程序变量在定义时就确定内存地址，通过作用域，以及关键字extern，static，实现了精细的处理机制，按照在硬件的区域不同，内存分配有三种方式(节选自C++高质量编程)：

1). 从静态存储区域分配。内存在程序编译的时候就已经分配好，这块内存在程序的整个运行期间都存在。例如全局变量，static 变量。

2). 在栈上创建。在执行函数时，函数内局部变量的存储单元都可以在栈上创建，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。栈内存分配运算内置于处理器的指令集中 ，效率很高，但是分配的内存容量有限。

3). 从堆上分配，亦称动态内存分配。程序在运行的时候用 malloc 或 new 申请任意多少的内存，程序员自己负责在何时用 free 或 delete 释放内存。动态内存的生存期由程序员决定，使用非常灵活，但同时遇到问题也最多。

这里先看个简单的C语言实例。

C语言的作用域不仅描述了标识符的可访问的区域，其实也规定了变量的存储区域，在文件作用域的变量st_val和ex_val被分配到静态存储区，其中static关键字主要限定变量能否被其它文件访问。

而代码块作用域中的变量a, ptr和local_st_val则要根据类型的不同，分配到不同的区域，其中a是局部变量，被分配到栈中；ptr作为指针，由malloc分配空间，因此定义在堆中；而local_st_val则被关键字限定，表示分配到静态存储区。

这里就涉及到重要知识点，static在文件作用域和代码块作用域的意义是不同的：在文件作用域用于限定函数和变量的外部链接性(能否被其它文件访问), 在代码块作用域则用于将变量分配到静态存储区。

对于C语言，如果理解上述知识对于内存管理基本就足够，但对于嵌入式C来说，定义一个变量，它不一定在内存(SRAM)中，也有可能在FLASH空间，或直接由寄存器存储(register定义变量或者高优化等级下的部分局部变量)，如定义为const的全局变量定义在FLASH中，定义为register的局部变量会被优化到直接放在通用寄存器中，在优化运行速度，或者存储受限时，理解这部分知识对于代码的维护就很有意义。

此外，嵌入式C语言的编译器中会扩展内存管理机制，如支持分散加载机制和attribute((section(“用户定义区域”)))，允许指定变量存储在特殊的区域如(SDRAM, SQI FLASH), 这强化了对内存的管理，以适应复杂的应用环境场景和需求。

采用 这种方式，我们就可以将变量指定到需要的区域，这在某些情况下必须的，如做GUI或者网页时因为要存储大量图片和文档，内部FLASH空间可能不足，这时就可以将变量声明到外部区域，另外内存中某些部分的数据比较重要，为了避免被其它内容覆盖，可能需要单独划分SRAM区域，避免被误修改导致致命性的错误。

这些经验在实际的产品开发中是常用且重要，不过因为篇幅原因，这里只简略的提供例子，如果工作中遇到这种需求，建议详细去了解下。

至于堆的使用，对于嵌入式Linux来说，使用起来和标准C语言一致，注意malloc后的检查，释放后记得置空，避免"野指针“，不过对于资源受限的单片机来说，使用malloc的场景一般较少，如果需要频繁申请内存块的场景，都会构建基于静态存储区和内存块分割的一套内存管理机制，一方面效率会更高(用固定大小的块提前分割，在使用时直接查找编号处理)，另一方面对于内存块的使用可控，可以有效避免内存碎片的问题，常见的如RTOS和网络LWIP都是采用这种机制，我个人习惯也采用这种方式，所以关于堆的细节不在描述，如果希望了解，可以参考中关于存储相关的说明。

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