嵌入式開發(fā)中的C語言編程思想

摘要

本文首先分析了C語言的陷阱和缺陷，對容易犯錯的地方進行歸納整理；分析了編譯器語義檢查的不足之處并給出防范措施，以Keil MDK編譯器為例，介紹了該編譯器的特性、對未定義行為的處理以及一些高級應(yīng)用；在此基礎(chǔ)上，介紹了防御性編程的概念，提出了編程過程中就應(yīng)該防范于未然的多種措施；提出了測試對編寫優(yōu)質(zhì)嵌入式程序的重要作用以及常用測試方法；最后，本文試圖以更高的層次看待編程，討論一些通用的編程思想。

1 編程風(fēng)格

《計算機程序的構(gòu)造和解釋》一書在開篇寫到：程序?qū)懗鰜硎墙o人看的，附帶能在機器上運行。

1.1 整潔的樣式

使用什么樣的編碼樣式一直都頗具爭議性的，比如縮進和大括號的位置。因為編碼的樣式也會影響程序的可讀性，面對一個亂放括號、對齊都不一致的源碼，我們很難提起閱讀它的興趣。我們總要看別人的程序，如果彼此編碼樣式相近，讀起源碼來會覺得比較舒適。但是編碼風(fēng)格的問題是主觀的，永遠不可能在編碼風(fēng)格上達成統(tǒng)一意見。因此只要你的編碼樣式整潔、結(jié)構(gòu)清晰就足夠了。除此之外，對編碼樣式再沒有其它要求。

提出匈牙利命名法的程序員、前微軟首席架構(gòu)師Charles Simonyi說：我覺得代碼清單帶給人的愉快同整潔的家差不多。你一眼就能分辨出家里是雜亂無章還是整潔如新。這也許意義不大。因為光是房子整潔說明不了什么，它仍可能藏污納垢！但是第一印象很重要，它至少反映了程序的某些方面。我敢打賭，我在3米開外就能看出程序拙劣與否。我也許沒法保證它很不錯，但如果從3米外看起來就很糟，我敢保證這程序?qū)懙貌挥眯?。如果寫得不用心，那它在邏輯上也許就不會優(yōu)美。

1.2 清晰的命名

變量、函數(shù)、宏等等都需要命名，清晰的命名是優(yōu)秀代碼的特點之一。命名的要點之一是名稱應(yīng)能清晰的描述這個對象，以至于一個初級程序員也能不費力的讀懂你的代碼邏輯。我們寫的代碼主要給誰看是需要思考的：給自己、給編譯器還是給別人看？我覺得代碼最主要的是給別人看，其次是給自己看。如果沒有一個清晰的命名，別人在維護你的程序時很難在整個全貌上看清代碼，因為要記住十多個以上的糟糕命名的變量是件非常困難的事；而且一段時間之后你回過頭來看自己的代碼，很有可能不記得那些糟糕命名的變量是什么意思。

為對象起一個清晰的名字并不是簡單的事情。首先能認識到名稱的重要性需要有一個過程，這也許跟譚式C程序教材被大學(xué)廣泛使用有關(guān)：滿書的a、b、c、x、y、z變量名是很難在關(guān)鍵的初學(xué)階段給人傳達優(yōu)秀編程思想的；其次如何恰當(dāng)?shù)臑閷ο竺埠苡刑魬?zhàn)性，要準(zhǔn)確、無歧義、不羅嗦，要對英文有一定水平，所有這些都要滿足時，就會變得很困難；此外，命名還需要考慮整體一致性，在同一個項目中要有統(tǒng)一的風(fēng)格，堅持這種風(fēng)格也并不容易。

關(guān)于如何命名，Charles Simonyi說：面對一個具備某些屬性的結(jié)構(gòu)，不要隨隨便便地取個名字，然后讓所有人去琢磨名字和屬性之間有什么關(guān)聯(lián)，你應(yīng)該把屬性本身，用作結(jié)構(gòu)的名字。

1.3 恰當(dāng)?shù)淖⑨?/p>

注釋向來也是爭議之一，不加注釋和過多的注釋我都是反對的。不加注釋的代碼顯然是很糟糕的，但過多的注釋也會妨礙程序的可讀性，由于注釋可能存在的歧義，有可能會誤解程序真實意圖，此外，過多的注釋會增加程序員不必要的時間。如果你的編碼樣式整潔、命名又很清晰，那么，你的代碼可讀性不會差到哪去，而注釋的本意就是為了便于理解程序。

這里建議使用良好的編碼樣式和清晰的命名來減少注釋，對模塊、函數(shù)、變量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法和關(guān)鍵代碼做注釋，應(yīng)重視注釋的質(zhì)量而不是數(shù)量。如果你需要一大段注釋才能說清楚程序做什么，那么你應(yīng)該注意了：是否是因為程序變量命名不夠清晰，或者代碼邏輯過于混亂，這個時候你應(yīng)該考慮的可能就不是注釋，而是如何精簡這個程序了。

2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是程序設(shè)計的基礎(chǔ)。在設(shè)計程序之前，應(yīng)該先考慮好所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

前微軟首席架構(gòu)師Charles Simonyi：編程的第一步是想象。就是要在腦海中對來龍去脈有極為清晰的把握。在這個初始階段，我會使用紙和鉛筆。我只是信手涂鴉，并不寫代碼。我也許會畫些方框或箭頭，但基本上只是涂鴉，因為真正的想法在我腦海里。我喜歡想象那些有待維護的結(jié)構(gòu)，那些結(jié)構(gòu)代表著我想編碼的真實世界。一旦這個結(jié)構(gòu)考慮得相當(dāng)嚴(yán)謹和明確，我便開始寫代碼。我會坐到終端前，或者換在以前的話，就會拿張白紙，開始寫代碼。這相當(dāng)容易。我只要把頭腦中的想法變換成代碼寫下來，我知道結(jié)果應(yīng)該是什么樣的。大部分代碼會水到渠成，不過我維護的那些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)才是關(guān)鍵。我會先想好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并在整個編碼過程中將它們牢記于心。

開發(fā)過以太網(wǎng)和操作系統(tǒng)SDS 940的Butler Lampson：（程序員）最重要的素質(zhì)是能夠把問題的解決方案組織成容易操控的結(jié)構(gòu)。

開發(fā)CP/M操作系統(tǒng)的Gary.A：如果不能確認數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是正確的，我是決不會開始編碼的。我會先畫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后花很長時間思考數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之后我就開始寫一些小段的代碼，并不斷地改善和監(jiān)測。在編碼過程中進行測試可以確保所做的修改是局部的，并且如果有什么問題的話，能夠馬上發(fā)現(xiàn)。

微軟創(chuàng)始人比爾**·**蓋茨：編寫程序最重要的部分是設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。接下來重要的部分是分解各種代碼塊。

編寫世界上第一個電子表格軟件的Dan Bricklin：在我看來，寫程序最重要的部分是設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，此外，你還必須知道人機界面會是什么樣的。

我們舉個例子來說明。在介紹防御性編程的時候，提到公司使用的LCD顯示屏抗干擾能力一般，為了提高LCD的穩(wěn)定性，需要定期讀出LCD內(nèi)部的關(guān)鍵寄存器值，然后跟存在Flash中的初始值相比較。需要讀出的LCD寄存器有十多個，從每個寄存器讀出的值也不盡相同，從1個到8個字節(jié)都有可能。如果不考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，編寫出的程序?qū)苋唛L。

void lcd_redu（void）

{ 。

讀第一個寄存器值;

if（第一個寄存器值==Flash存儲值）

{

讀第二個寄存器值;

if（第二個寄存器值==Flash存儲值）

{

。..

讀第十個寄存器值;

if（第十個寄存器值==Flash存儲值）

{

返回;

}

else

{

重新初始化LCD;

}

}

else

{

重新初始化LCD;

}

}

else

{

重新初始化LCD;

}

}

我們分析這個過程，發(fā)現(xiàn)能提取出很多相同的元素，比如每次讀LCD寄存器都需要該寄存器的命令號，都會經(jīng)過讀寄存器、判斷值是否相同、處理異常情況這一過程。所以我們可以提取一些相同的元素，組織成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用統(tǒng)一的方法去處理這些數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)與處理過程分開來。

我們可以先提取相同的元素，將之組織成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

這里lcd_command表示的是LCD寄存器命令號；lcd_get_value是一個數(shù)組，表示寄存器要初始化的值，這是因為對于一個LCD寄存器，可能要初始化多個字節(jié)，這是硬件特性決定的；lcd_value_num是指一個寄存器要多少個字節(jié)的初值，這是因為每一個寄存器的初值數(shù)目是不同的，我們用同一個方法處理數(shù)據(jù)時，是需要這個信息的。

就本例而言，我們將要處理的數(shù)據(jù)都是事先固定的，所以定義好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，我們可以將這些數(shù)據(jù)組織成表格：

/*LCD部分寄存器設(shè)置值列表*/

lcd_redu_list_struct const lcd_redu_list_str［］= {

{SSD1963_Get_Address_Mode，{0x20}

，1}， /*1*/

{SSD1963_Get_Pll_Mn

，{0x3b，0x02，0x04}

，3}， /*2*/

{SSD1963_Get_Pll_Status

，{0x04}

，1}， /*3*

{SSD1963_Get_Lcd_Mode

，{0x24，0x20，0x01，0xdf，0x01，0x0f，0x00}

，7}， /*4*/

{SSD1963_Get_Hori_Period ，{0x02，0x0c，0x00，0x2a，0x07，0x00，0x00，0x00}，8}， /*5*/

{SSD1963_Get_Vert_Period ，{0x01，0x1d，0x00，0x0b，0x09，0x00，0x00}

，7}， /*6*/ {SSD1963_Get_Power_Mode ，{0x1c}

，1}， /*7*/ {SSD1963_Get_Display_Mode，{0x03}

，1}， /*8*/ {SSD1963_Get_Gpio_Conf ，{0x0F，0x01}

，2}， /*9*/ {SSD1963_Get_Lshift_Freq ，{0x00，0xb8}

，2}， /*10* };

至此，我們就可以用一個處理過程來完成數(shù)十個LCD寄存器的讀取、判斷和異常處理了：

/** * lcd 顯示冗余

* 每隔一段時間調(diào)用該程序一次 */ void lcd_redu（void） {

uint8_t tmp［8］;

uint32_t i，j;

uint32_t lcd_init_flag;

lcd_init_flag =0;

for（i=0;i《sizeof（lcd_redu_list_str）/sizeof（lcd_redu_list_str［0］）;i++）

{

LCD_SendCommand（lcd_redu_list_str［i］.lcd_command）;

uyDelay（10）;

for（j=0;j《lcd_redu_list_str［i］.lcd_value_num;j++）

{

tmp［j］=LCD_ReadData（）;

if（tmp［j］！=lcd_redu_list_str［i］.lcd_get_value［j］）

{

lcd_init_flag=0x55;

//一些調(diào)試語句，打印出錯的具體信息

goto handle_lcd_init;

}

}

}

handle_lcd_init：

if（lcd_init_flag==0x55）

{

//重新初始化LCD

//一些必要的恢復(fù)措施

}

}

通過合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們可以將數(shù)據(jù)和處理過程分開，LCD冗余判斷過程可以用很簡潔的代碼來實現(xiàn)。更重要的是，將數(shù)據(jù)和處理過程分開更有利于代碼的維護。比如，通過實驗發(fā)現(xiàn)，我們還需要增加一個LCD寄存器的值進行判斷，這時候只需要將新增加的寄存器信息按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式，放到LCD寄存器設(shè)置值列表中的任意位置即可，不用增加任何處理代碼即可實現(xiàn)！這僅僅是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢之一，使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還能簡化編程，使復(fù)雜過程變的簡單，這個只有實際編程后才會有更深的理解。

審核編輯 ：李倩