養成良好的嵌入式C代碼編碼習慣要遵循哪些規則？

技術小白

Cortex-M這類微控制器編程通常采用C代碼，那么編程人員如何編寫代碼才能讓C編譯器產生高質量底層代碼就成為一個很重要的話題。這里所說的高質量底層代碼是指既達到編程人員意圖又方便編譯器優化的代碼。

本文將從編寫利于優化的源代碼，節省棧和內存空間，函數原型，整型和位取反，同時讀寫變量的保護，不進行初始化的變量這幾個方面來討論如何編寫良好的嵌入式C代碼。

一、編寫利于優化的源代碼

我們在編寫源代碼的時候如果能夠遵循以下幾點，可以讓編譯器更好的對代碼進行優化：

1)局部變量(自動變量和參數)比靜態或全局變量要更好。

為什么這么說呢，因為優化器會假定任何一個函數都可能修改靜態或全局變量。當局部變量的生命周期結束的時候，它所占據的內存就可以被其它變量使用，而全局變量在整個程序的生命周期內都不會釋放它所占據的內存空間。

2)避免用&運算符取局部變量的地址。

這里有兩個原因會導致該操作的效率低下。首先，變量必須放在內存中，不能放在處理器的寄存器中，這將導致更長更慢的代碼效率。其次，優化器不再假設其它的函數，因此不會影響到該變量。

3)編譯器的內聯函數能力。

為了最大限度的影響編譯器的內聯轉換，我們最好把那些多個模塊都用到的小函數寫在頭文件中而不是實現文件中。


二、節省棧和內存空間

以下的編程技術可以讓我們節省內存和棧空間：

1)如果棧空間有限，那么我們就要盡量避免長的調用鏈和遞歸函數。

2)避免使用大的聚合類型(比如結構體)作為參數或者返回類型。為了節省棧空間，我們應該更多的使用指針來代替這種聚合類型。


三、函數原型
有兩種函數的定義和聲明方式可以使用。一種是原型風格，一種是Kernighan & Ritchie C風格。兩種風格都是可以的，但強烈建議應用原型風格，也就是說對每一個公共函數都在相應的頭文件中提供一個原型聲明。

這是因為編譯器對應用Kernighan & Ritchie C風格的參數不進行類型檢查。應用原型風格在某些情況下將產生高效的代碼，因為它不需要進行參數類型提升。

為了保證所有的公共函數都在定義之前聲明過，可以打開編譯器選項 Project>Options>C/C++ Compiler>Language 1>Require prototypes

以下是兩種風格的示例

1)原型風格：

原型風格中，必須寫明每個參數的類型。

int Test(char, int); /* 聲明 */
int Test(char ch, int i) /* 定義 */
{
return i - ch;
}

2)Kernighan & Ritchie風格：

Kernighan & Ritchie風格中，不需要進行函數原型聲明。取而代之的是一個空參數列表的函數聲明。函數的定義也有些不同。
int Test(); /* 聲明 */
int Test(ch, i) /* 定義 */
char ch;
int i;
{
return i - ch;
}


四、整型和位取反

在某些情況下，整數類型和它們的轉換提升規則會導致難以理解的行為。這經常出現在賦值或者條件表達式中，這里涉及不同長度類型的數據和邏輯操作尤其是位取反操作。這里的類型也包括常數類型。例如：1個8位的字符類型，1個32位的整數類型，按照二進制補碼操作。

void F1(unsigned char c1)
{
if (c1 == ~0x08);
}

這里，測試條件總是false。因為右邊的0x08 = 0x00000008，~0x00000008 = 0xFFFFFFF7。左邊的c1是1個8位無符號字符類型，因此它不可能比255大，也不可能是負數，這就意味著它的高24位不可能置1。所以這個測試條件總是false的。

五、同時讀寫變量的保護

在中斷程序或者單獨線程中用到的變量經常是異步讀寫的，它們必須進行適當地標記和適當的保護。

編譯器應用volatile關鍵字對這類變量進行標記。這個關鍵字通知編譯器該對象的值無任何持久性，不要對它進行任何優化。它迫使編譯器每次需要該對象數據內容的時候都必須讀該對象，而不是只讀一次數據并將它放在處理器的寄存器中以便后續訪問之用。

六、不進行初始化的變量

通常，運行時環境在應用程序啟動的時候會初始化所有的靜態和全局變量。編譯器支持用__no_init關鍵字來聲明不進行初始化的變量。用__no_init關鍵字聲明的變量通常用在大的數據輸入緩沖這樣的地方。

本文介紹了編寫良好的嵌入式C代碼涉及的多個方面。編寫良好的嵌入式C代碼需要大量的專業知識，本文雖盡力描述編寫良好的嵌入式C代碼所需要的各種技能，但難免會有不足的地方，希望大家多多指正。
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