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(duì)容易犯錯(cuò)的地方進(jìn)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(duì)未定義行為的處理以及一些高級(jí)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(cè)試對(duì)編寫優(yōu)質(zhì)嵌入式程序的重要作用以及常用測(cè)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。

編程思想

1編程風(fēng)格

《計(jì)算機(jī)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(jī)器上運(yùn)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(jìn)和大括號(hào)的位置。因?yàn)榫幋a的樣式也會(huì)影響程序的可讀性，面對(duì)一個(gè)亂放括號(hào)、對(duì)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(huì)覺得比較舒適。但是編碼風(fēng)格的問題是主觀的，永遠(yuǎn)不可能在編碼風(fēng)格上達(dá)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(duì)編碼樣式再?zèng)]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?yàn)楣馐欠孔诱麧嵳f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(cuò)，但如果從3米外看起來就很糟，我敢保證這程序?qū)懙貌挥眯摹Ｈ绻麑懙貌挥眯?，那它在邏輯上也許就不會(huì)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(diǎn)之一。命名的要點(diǎn)之一是名稱應(yīng)能清晰的描述這個(gè)對(duì)象，以至于一個(gè)初級(jí)程序員也能不費(fèi)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(gè)清晰的命名，別人在維護(hù)你的程序時(shí)很難在整個(gè)全貌上看清代碼，因?yàn)橐涀∈鄠€(gè)以上的糟糕命名的變量是件非常困難的事；而且一段時(shí)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(duì)象起一個(gè)清晰的名字并不是簡單的事情。首先能認(rèn)識(shí)到名稱的重要性需要有一個(gè)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(dá)優(yōu)秀編程思想的；其次如何恰當(dāng)?shù)臑閷?duì)象命名也很有挑戰(zhàn)性，要準(zhǔn)確、無歧義、不羅嗦，要對(duì)英文有一定水平，所有這些都要滿足時(shí)，就會(huì)變得很困難；此外，命名還需要考慮整體一致性，在同一個(gè)項(xiàng)目中要有統(tǒng)一的風(fēng)格，堅(jiān)持這種風(fēng)格也并不容易。

關(guān)于如何命名，Charles Simonyi說：面對(duì)一個(gè)具備某些屬性的結(jié)構(gòu)，不要隨隨便便地取個(gè)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(duì)的。不加注釋的代碼顯然是很糟糕的，但過多的注釋也會(huì)妨礙程序的可讀性，由于注釋可能存在的歧義，有可能會(huì)誤解程序真實(shí)意圖，此外，過多的注釋會(huì)增加程序員不必要的時(shí)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(huì)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(duì)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?yàn)槌绦蜃兞棵粔蚯逦?，或者代碼邏輯過于混亂，這個(gè)時(shí)候你應(yīng)該考慮的可能就不是注釋，而是如何精簡這個(gè)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(jì)的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)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(duì)來龍去脈有極為清晰的把握。在這個(gè)初始階段，我會(huì)使用紙和鉛筆。我只是信手涂鴉，并不寫代碼。我也許會(huì)畫些方框或箭頭，但基本上只是涂鴉，因?yàn)檎嬲南敕ㄔ谖夷X海里。我喜歡想象那些有待維護(hù)的結(jié)構(gòu)，那些結(jié)構(gòu)代表著我想編碼的真實(shí)世界。一旦這個(gè)結(jié)構(gòu)考慮得相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)和明確，我便開始寫代碼。我會(huì)坐到終端前，或者換在以前的話，就會(huì)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(huì)水到渠成，不過我維護(hù)的那些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)才是關(guān)鍵。我會(huì)先想好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并在整個(gè)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(rèn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是正確的，我是決不會(huì)開始編碼的。我會(huì)先畫數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后花很長時(shí)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(cè)。在編碼過程中進(jìn)行測(cè)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(jì)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(gè)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(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，此外，你還必須知道人機(jī)界面會(huì)是什么樣的。

我們舉個(gè)例子來說明。在介紹防御性編程的時(shí)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(gè)，從每個(gè)寄存器讀出的值也不盡相同，從1個(gè)到8個(gè)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)?huì)很冗長。

void lcd_redu(void)  
 {
     讀第一個(gè)寄存器值;
     if(第一個(gè)寄存器值==Flash存儲(chǔ)值)
     {
         讀第二個(gè)寄存器值;
         if(第二個(gè)寄存器值==Flash存儲(chǔ)值)
         {
             ...
               
             讀第十個(gè)寄存器值;
             if(第十個(gè)寄存器值==Flash存儲(chǔ)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(gè)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(hào)，都會(huì)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)：

 typedef struct {  
     uint8_t  lcd_command;           //LCD寄存器  
     uint8_t  lcd_get_value[8];      //初始化時(shí)寫入寄存器的值  
     uint8_t  lcd_value_num;         //初始化時(shí)寫入寄存器值的數(shù)目  
 }lcd_redu_list_struct;

這里lcd_command表示的是LCD寄存器命令號(hào)；lcd_get_value是一個(gè)數(shù)組，表示寄存器要初始化的值，這是因?yàn)閷?duì)于一個(gè)LCD寄存器，可能要初始化多個(gè)字節(jié)，這是硬件特性決定的；lcd_value_num是指一個(gè)寄存器要多少個(gè)字節(jié)的初值，這是因?yàn)槊恳粋€(gè)寄存器的初值數(shù)目是不同的，我們用同一個(gè)方法處理數(shù)據(jù)時(shí)，是需要這個(gè)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(gè)處理過程來完成數(shù)十個(gè)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(shí)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

	

	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(shí)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(hù)。比如，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，我們還需要增加一個(gè)LCD寄存器的值進(jìn)行判斷，這時(shí)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(shí)現(xiàn)！這僅僅是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)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(gè)只有實(shí)際編程后才會(huì)有更深的理解。

	審核編輯：湯梓紅