嵌入式开发中的C语言编程思想

摘要

本文首先分析了C语言的陷阱和缺陷，对容易犯错的地方进行归纳整理；分析了编译器语义检查的不足之处并给出防范措施，以Keil MDK编译器为例，介绍了该编译器的特性、对未定义行为的处理以及一些高级应用；在此基础上，介绍了防御性编程的概念，提出了编程过程中就应该防范于未然的多种措施；提出了测试对编写优质嵌入式程序的重要作用以及常用测试方法；最后，本文试图以更高的层次看待编程，讨论一些通用的编程思想。

1 编程风格

《计算机程序的构造和解释》一书在开篇写到：程序写出来是给人看的，附带能在机器上运行。

1.1 整洁的样式

使用什么样的编码样式一直都颇具争议性的，比如缩进和大括号的位置。因为编码的样式也会影响程序的可读性，面对一个乱放括号、对齐都不一致的源码，我们很难提起阅读它的兴趣。我们总要看别人的程序，如果彼此编码样式相近，读起源码来会觉得比较舒适。但是编码风格的问题是主观的，永远不可能在编码风格上达成统一意见。因此只要你的编码样式整洁、结构清晰就足够了。除此之外，对编码样式再没有其它要求。

提出匈牙利命名法的程序员、前微软首席架构师Charles Simonyi说：我觉得代码清单带给人的愉快同整洁的家差不多。你一眼就能分辨出家里是杂乱无章还是整洁如新。这也许意义不大。因为光是房子整洁说明不了什么，它仍可能藏污纳垢！但是第一印象很重要，它至少反映了程序的某些方面。我敢打赌，我在3米开外就能看出程序拙劣与否。我也许没法保证它很不错，但如果从3米外看起来就很糟，我敢保证这程序写得不用心。如果写得不用心，那它在逻辑上也许就不会优美。

1.2 清晰的命名

变量、函数、宏等等都需要命名，清晰的命名是优秀代码的特点之一。命名的要点之一是名称应能清晰的描述这个对象，以至于一个初级程序员也能不费力的读懂你的代码逻辑。我们写的代码主要给谁看是需要思考的：给自己、给编译器还是给别人看？我觉得代码最主要的是给别人看，其次是给自己看。如果没有一个清晰的命名，别人在维护你的程序时很难在整个全貌上看清代码，因为要记住十多个以上的糟糕命名的变量是件非常困难的事；而且一段时间之后你回过头来看自己的代码，很有可能不记得那些糟糕命名的变量是什么意思。

为对象起一个清晰的名字并不是简单的事情。首先能认识到名称的重要性需要有一个过程，这也许跟谭式C程序教材被大学广泛使用有关：满书的a、b、c、x、y、z变量名是很难在关键的初学阶段给人传达优秀编程思想的；其次如何恰当的为对象命名也很有挑战性，要准确、无歧义、不罗嗦，要对英文有一定水平，所有这些都要满足时，就会变得很困难；此外，命名还需要考虑整体一致性，在同一个项目中要有统一的风格，坚持这种风格也并不容易。

关于如何命名，Charles Simonyi说：面对一个具备某些属性的结构，不要随随便便地取个名字，然后让所有人去琢磨名字和属性之间有什么关联，你应该把属性本身，用作结构的名字。

1.3 恰当的注释

注释向来也是争议之一，不加注释和过多的注释我都是反对的。不加注释的代码显然是很糟糕的，但过多的注释也会妨碍程序的可读性，由于注释可能存在的歧义，有可能会误解程序真实意图，此外，过多的注释会增加程序员不必要的时间。如果你的编码样式整洁、命名又很清晰，那么，你的代码可读性不会差到哪去，而注释的本意就是为了便于理解程序。

这里建议使用良好的编码样式和清晰的命名来减少注释，对模块、函数、变量、数据结构、算法和关键代码做注释，应重视注释的质量而不是数量。如果你需要一大段注释才能说清楚程序做什么，那么你应该注意了：是否是因为程序变量命名不够清晰，或者代码逻辑过于混乱，这个时候你应该考虑的可能就不是注释，而是如何精简这个程序了。

2 数据结构

数据结构是程序设计的基础。在设计程序之前，应该先考虑好所需要的数据结构。

前微软首席架构师Charles Simonyi：编程的第一步是想象。就是要在脑海中对来龙去脉有极为清晰的把握。在这个初始阶段，我会使用纸和铅笔。我只是信手涂鸦，并不写代码。我也许会画些方框或箭头，但基本上只是涂鸦，因为真正的想法在我脑海里。我喜欢想象那些有待维护的结构，那些结构代表着我想编码的真实世界。一旦这个结构考虑得相当严谨和明确，我便开始写代码。我会坐到终端前，或者换在以前的话，就会拿张白纸，开始写代码。这相当容易。我只要把头脑中的想法变换成代码写下来，我知道结果应该是什么样的。大部分代码会水到渠成，不过我维护的那些数据结构才是关键。我会先想好数据结构，并在整个编码过程中将它们牢记于心。

开发过以太网和操作系统SDS 940的Butler Lampson：（程序员）最重要的素质是能够把问题的解决方案组织成容易操控的结构。

开发CP/M操作系统的Gary.A：如果不能确认数据结构是正确的，我是决不会开始编码的。我会先画数据结构，然后花很长时间思考数据结构。在确定数据结构之后我就开始写一些小段的代码，并不断地改善和监测。在编码过程中进行测试可以确保所做的修改是局部的，并且如果有什么问题的话，能够马上发现。

微软创始人比尔**·**盖茨：编写程序最重要的部分是设计数据结构。接下来重要的部分是分解各种代码块。

编写世界上第一个电子表格软件的Dan Bricklin：在我看来，写程序最重要的部分是设计数据结构，此外，你还必须知道人机界面会是什么样的。

我们举个例子来说明。在介绍防御性编程的时候，提到公司使用的LCD显示屏抗干扰能力一般，为了提高LCD的稳定性，需要定期读出LCD内部的关键寄存器值，然后跟存在Flash中的初始值相比较。需要读出的LCD寄存器有十多个，从每个寄存器读出的值也不尽相同，从1个到8个字节都有可能。如果不考虑数据结构，编写出的程序将会很冗长。

void lcd_redu（void）

{ 。

读第一个寄存器值;

if（第一个寄存器值==Flash存储值）

{

读第二个寄存器值;

if（第二个寄存器值==Flash存储值）

{

。..

读第十个寄存器值;

if（第十个寄存器值==Flash存储值）

{

返回;

}

else

{

重新初始化LCD;

}

}

else

{

重新初始化LCD;

}

}

else

{

重新初始化LCD;

}

}

我们分析这个过程，发现能提取出很多相同的元素，比如每次读LCD寄存器都需要该寄存器的命令号，都会经过读寄存器、判断值是否相同、处理异常情况这一过程。所以我们可以提取一些相同的元素，组织成数据结构，用统一的方法去处理这些数据，将数据与处理过程分开来。

我们可以先提取相同的元素，将之组织成数据结构：

这里lcd_command表示的是LCD寄存器命令号；lcd_get_value是一个数组，表示寄存器要初始化的值，这是因为对于一个LCD寄存器，可能要初始化多个字节，这是硬件特性决定的；lcd_value_num是指一个寄存器要多少个字节的初值，这是因为每一个寄存器的初值数目是不同的，我们用同一个方法处理数据时，是需要这个信息的。

就本例而言，我们将要处理的数据都是事先固定的，所以定义好数据结构后，我们可以将这些数据组织成表格：

/*LCD部分寄存器设置值列表*/

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，我们就可以用一个处理过程来完成数十个LCD寄存器的读取、判断和异常处理了：

/** * lcd 显示冗余

* 每隔一段时间调用该程序一次 */ 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;

//一些调试语句，打印出错的具体信息

goto handle_lcd_init;

}

}

}

handle_lcd_init：

if（lcd_init_flag==0x55）

{

//重新初始化LCD

//一些必要的恢复措施

}

}

通过合理的数据结构，我们可以将数据和处理过程分开，LCD冗余判断过程可以用很简洁的代码来实现。更重要的是，将数据和处理过程分开更有利于代码的维护。比如，通过实验发现，我们还需要增加一个LCD寄存器的值进行判断，这时候只需要将新增加的寄存器信息按照数据结构格式，放到LCD寄存器设置值列表中的任意位置即可，不用增加任何处理代码即可实现！这仅仅是数据结构的优势之一，使用数据结构还能简化编程，使复杂过程变的简单，这个只有实际编程后才会有更深的理解。

审核编辑 ：李倩