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嵌入式C編程經驗 之 全局變量猛于虎
熱度 4
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* Filename: 一線研發之聲：嵌入式C編程經驗 之 全局變量猛于虎
* Author：SedateFire E-mail:SedateFire@126.com
* Version：1.001
* key: 嵌入式 os-less 全局變量 單片機
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工作也有些年頭了，從一位技術新人成長到現在自詡小牛級別的人物，少不了要自己尋找資料閱讀。論壇上、書店里、雜志上......要嘛是些菜鳥淺薄的自炫處女貼，要嘛是高屋建瓴云里來霧里去的概念文，好不容易遇到個實踐型高手寫的文章，卻在漸入佳境之際嘎然而止。本是隔靴搔癢，看完后心中更是郁結不已。也罷，今日且強裝回大牛，獻丑談一談嵌入式C編程中全局變量問題。
嵌入式特別是單片機os-less的程序，最易范的錯誤是全局變量滿天飛。這個現象在早期匯編轉型過來的程序員以及初學者中常見，這幫家伙幾乎把全局變量當作函數形參來用。在.h文檔里面定義許多雜亂的結構體，extern一堆令人頭皮發麻的全局變量，然后再這個模塊里邊賦值123，那個模塊里邊判斷123分支決定做什么。每當看到這種程序，我總要戚眉變臉而后拍桌怒喝。沒錯，就是怒喝。我不否認全局變量的重要性，但我認為要十分謹慎地使用它，濫用全局變量會引申帶來其它更為嚴重的結構性系統問題。
諸位看官，且聽我細細道來。
1. 它會造成不必要的常量頻繁使用，特別當這個常量沒有用宏定義“正名”時，代碼閱讀起來將萬分吃力。
2. 它會導致軟件分層的不合理，全局變量相當于一條快捷通道，它容易使程序員模糊了“設備層”和“應用層”之間的邊界。寫出來的底層程序容易自作多情地關注起上層的應用。這在軟件系統的構建初期的確效率很高，功能調試進度一日千里，但到了后期往往bug一堆，處處“補丁”，雷區遍布。說是度日如年舉步維艱也不為過。
3. 由于軟件的分層不合理，到了后期維護，哪怕僅是增加修改刪除小功能，往往要從上到下掘地三尺地修改，涉及大多數模塊，而原有的代碼注釋卻忘了更新修改，這個時候，交給后來維護者的系統會越來越像一個“泥潭”，注釋的唯一作用只是使泥潭上方再加一些迷煙瘴氣。
4. 全局變量大量使用，少不了有些變量流連忘返于中斷與主回圈程序之間。這個時候如果處理不當，系統的bug就是隨機出現的，無規律的，這時候初步顯示出病入膏肓的特征來了，沒有大牛來力挽狂瀾，注定慢性死亡。
無需多言，您已經成功得到一個畸形的系統，它處于一個神秘的穩定狀態！你看著這臺機器，機器也看著你，相對無言，心中發毛。你不確定它什么時候會崩潰，也不曉得下一次投訴什么時候道理。
然后，我告訴大家現實層面的后果是什么。
1.“老人”氣昂昂，因為系統離不開他，所有“雷區”只有他了然于心。當出現緊急的bug時，只有他能夠搞定。你不但不能辭退他，還要給他加薪。
2. 新人見光死，但凡招聘來維護這個系統的，除了改出更多的bug外，基本上一個月內就走人，到了外面還宣揚這個公司的軟件質量有夠差夠爛。
3.隨著產品的后續升級，幾個月沒有接觸這個嵌入式系統的原創者會發現，很多雷區他本人也忘記了，于是每次的產品升級維護周期越來越長，因為修改一個功能會冒出很多bug，而按下一個bug，會彈出其他更多的bug。在這期間，又會產生更多的全局變量。終于有一天他告訴老板，不行啦不行啦，資源不夠了，ram或者flash空間太小了，升級升級。
4. 客戶投訴不斷，售后也快崩潰了，業務員也不敢推薦此產品了，市場份額越來越小，公司形象越來越糟糕。
要問我的對策嗎，只有兩個原則：
1. 能不用全局變量盡量不用，我想除了系統狀態和控制參數、通信處理和一些需要效率的模塊，其他的基本可以靠合理的軟件分層和編程技巧來解決。
2. 如果不可避免需要用到，那能藏多深就藏多深。
1)如果只有某.c文件用，就static到該文件中，順便把結構體定義也收進來；
2)如果只有一個函數用，那就static到函數里面去；
3)如果非要開放出去讓人讀取，那就用函數return出去，這樣就是只讀屬性了；
4)如果非要遭人蹂躪賦值，好吧，我開放函數接口讓你傳參賦值；5)實在非要extern**我，我還可以嚴格控制包含我.h檔的對象，而不是放到公共的includes.h中被人圍觀，丟人現眼。
如此，你可明白我對全局變量的感悟有多深刻。悲催的我，已經把當年那些“老人”交給我維護的那些案子加班全部重新翻寫了。你能明白嗎，不要讓人背后唾棄你哦。
2011-12-29 續篇
承蒙小編抬愛，推薦了本博文，感激之余心中惶恐，特地詳細看了下回復。這個主題最早是在論壇發表的，我發現那里的回復還是比較熱烈的，也很高興能夠聽到不同的聲音。對于一些網友提到的，如果大量使用局部變量也會容易造成棧溢出的問題，還提到程序模型的概念。言之有理。所以特地來補充一下意見：
1.全局變量是不可避免要用到的，每一個設備底層幾乎都需要它來記錄當前狀態，控制時序，起承轉合。但是盡量不要用來傳遞參數，這個很忌諱的。
2.盡量把變量的作用范圍控制在使用它的模塊里面，如果其他模塊要訪問，就開個讀或寫函數接口出來，嚴格控制訪問范圍。這一點，C++的private屬性就是這么干的。這對將來程序的調試也很有好處。C語言之所以有++版本，很大原因就是為了控制它的靈活性，要說面向對象的思想，C語言早已有之，亦可實現。
3.當一個模塊里面的全局變量超過3個(含)時，就用結構體包起來吧。要歸0便一起歸0，省得丟三落四的。
4.在函數里面開個靜態的全局變量，全局數組，是不占用棧空間的。只是有些編譯器對于大塊的全局數組，會放到和一般變量不同的地址區。若是在keil C51，因為是靜態編譯，棧爆掉了會報警，所以大可以盡情馳騁，注意交通規則就是了。
5.單片機的os-less系統中，只有棧沒有堆的用法，那些默認對堆分配空間的“startup.s”，可以大膽的把堆空間干掉。
6.程序模型？如何分析抽象出來呢，從哪個角度進行模型構建呢？很愿意聆聽網友的意見。本人一直以來都是從兩個角度分析系統，事件--狀態機遷移圖 和 數據流圖，前者分析控制流向，完善UI，后者可知曉系統數據的緣起緣滅。這些理論，院校的《嵌入式軟件培訓工程》教材都有，大家不妨借鑒下。只不過那些理論，終究是起源于大型系統軟件管理的，牛刀殺雞，還是要裁剪一下的。
* Filename: 一線研發之聲：嵌入式C編程經驗 之 全局變量猛于虎
* Author：SedateFire E-mail:SedateFire@126.com
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* key: 嵌入式 os-less 全局變量 單片機
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工作也有些年頭了，從一位技術新人成長到現在自詡小牛級別的人物，少不了要自己尋找資料閱讀。論壇上、書店里、雜志上......要嘛是些菜鳥淺薄的自炫處女貼，要嘛是高屋建瓴云里來霧里去的概念文，好不容易遇到個實踐型高手寫的文章，卻在漸入佳境之際嘎然而止。本是隔靴搔癢，看完后心中更是郁結不已。也罷，今日且強裝回大牛，獻丑談一談嵌入式C編程中全局變量問題。
嵌入式特別是單片機os-less的程序，最易范的錯誤是全局變量滿天飛。這個現象在早期匯編轉型過來的程序員以及初學者中常見，這幫家伙幾乎把全局變量當作函數形參來用。在.h文檔里面定義許多雜亂的結構體，extern一堆令人頭皮發麻的全局變量，然后再這個模塊里邊賦值123，那個模塊里邊判斷123分支決定做什么。每當看到這種程序，我總要戚眉變臉而后拍桌怒喝。沒錯，就是怒喝。我不否認全局變量的重要性，但我認為要十分謹慎地使用它，濫用全局變量會引申帶來其它更為嚴重的結構性系統問題。
諸位看官，且聽我細細道來。
1. 它會造成不必要的常量頻繁使用，特別當這個常量沒有用宏定義“正名”時，代碼閱讀起來將萬分吃力。
2. 它會導致軟件分層的不合理，全局變量相當于一條快捷通道，它容易使程序員模糊了“設備層”和“應用層”之間的邊界。寫出來的底層程序容易自作多情地關注起上層的應用。這在軟件系統的構建初期的確效率很高，功能調試進度一日千里，但到了后期往往bug一堆，處處“補丁”，雷區遍布。說是度日如年舉步維艱也不為過。
3. 由于軟件的分層不合理，到了后期維護，哪怕僅是增加修改刪除小功能，往往要從上到下掘地三尺地修改，涉及大多數模塊，而原有的代碼注釋卻忘了更新修改，這個時候，交給后來維護者的系統會越來越像一個“泥潭”，注釋的唯一作用只是使泥潭上方再加一些迷煙瘴氣。
4. 全局變量大量使用，少不了有些變量流連忘返于中斷與主回圈程序之間。這個時候如果處理不當，系統的bug就是隨機出現的，無規律的，這時候初步顯示出病入膏肓的特征來了，沒有大牛來力挽狂瀾，注定慢性死亡。
無需多言，您已經成功得到一個畸形的系統，它處于一個神秘的穩定狀態！你看著這臺機器，機器也看著你，相對無言，心中發毛。你不確定它什么時候會崩潰，也不曉得下一次投訴什么時候道理。
然后，我告訴大家現實層面的后果是什么。
1.“老人”氣昂昂，因為系統離不開他，所有“雷區”只有他了然于心。當出現緊急的bug時，只有他能夠搞定。你不但不能辭退他，還要給他加薪。
2. 新人見光死，但凡招聘來維護這個系統的，除了改出更多的bug外，基本上一個月內就走人，到了外面還宣揚這個公司的軟件質量有夠差夠爛。
3.隨著產品的后續升級，幾個月沒有接觸這個嵌入式系統的原創者會發現，很多雷區他本人也忘記了，于是每次的產品升級維護周期越來越長，因為修改一個功能會冒出很多bug，而按下一個bug，會彈出其他更多的bug。在這期間，又會產生更多的全局變量。終于有一天他告訴老板，不行啦不行啦，資源不夠了，ram或者flash空間太小了，升級升級。
4. 客戶投訴不斷，售后也快崩潰了，業務員也不敢推薦此產品了，市場份額越來越小，公司形象越來越糟糕。
要問我的對策嗎，只有兩個原則：
1. 能不用全局變量盡量不用，我想除了系統狀態和控制參數、通信處理和一些需要效率的模塊，其他的基本可以靠合理的軟件分層和編程技巧來解決。
2. 如果不可避免需要用到，那能藏多深就藏多深。
1)如果只有某.c文件用，就static到該文件中，順便把結構體定義也收進來；
2)如果只有一個函數用，那就static到函數里面去；
3)如果非要開放出去讓人讀取，那就用函數return出去，這樣就是只讀屬性了；
4)如果非要遭人蹂躪賦值，好吧，我開放函數接口讓你傳參賦值；5)實在非要extern**我，我還可以嚴格控制包含我.h檔的對象，而不是放到公共的includes.h中被人圍觀，丟人現眼。
如此，你可明白我對全局變量的感悟有多深刻。悲催的我，已經把當年那些“老人”交給我維護的那些案子加班全部重新翻寫了。你能明白嗎，不要讓人背后唾棄你哦。
2011-12-29 續篇
承蒙小編抬愛，推薦了本博文，感激之余心中惶恐，特地詳細看了下回復。這個主題最早是在論壇發表的，我發現那里的回復還是比較熱烈的，也很高興能夠聽到不同的聲音。對于一些網友提到的，如果大量使用局部變量也會容易造成棧溢出的問題，還提到程序模型的概念。言之有理。所以特地來補充一下意見：
1.全局變量是不可避免要用到的，每一個設備底層幾乎都需要它來記錄當前狀態，控制時序，起承轉合。但是盡量不要用來傳遞參數，這個很忌諱的。
2.盡量把變量的作用范圍控制在使用它的模塊里面，如果其他模塊要訪問，就開個讀或寫函數接口出來，嚴格控制訪問范圍。這一點，C++的private屬性就是這么干的。這對將來程序的調試也很有好處。C語言之所以有++版本，很大原因就是為了控制它的靈活性，要說面向對象的思想，C語言早已有之，亦可實現。
3.當一個模塊里面的全局變量超過3個(含)時，就用結構體包起來吧。要歸0便一起歸0，省得丟三落四的。
4.在函數里面開個靜態的全局變量，全局數組，是不占用棧空間的。只是有些編譯器對于大塊的全局數組，會放到和一般變量不同的地址區。若是在keil C51，因為是靜態編譯，棧爆掉了會報警，所以大可以盡情馳騁，注意交通規則就是了。
5.單片機的os-less系統中，只有棧沒有堆的用法，那些默認對堆分配空間的“startup.s”，可以大膽的把堆空間干掉。
6.程序模型？如何分析抽象出來呢，從哪個角度進行模型構建呢？很愿意聆聽網友的意見。本人一直以來都是從兩個角度分析系統，事件--狀態機遷移圖 和 數據流圖，前者分析控制流向，完善UI，后者可知曉系統數據的緣起緣滅。這些理論，院校的《嵌入式軟件培訓工程》教材都有，大家不妨借鑒下。只不過那些理論，終究是起源于大型系統軟件管理的，牛刀殺雞，還是要裁剪一下的。
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