嵌入式 C 語(yǔ)言中三塊難啃的硬骨頭
C語(yǔ)言在嵌入式學(xué)習(xí)中是必備的知識(shí)，審核大部分操作都要圍繞C語(yǔ)言進(jìn)行，而其中有三塊“難啃的硬骨頭”幾乎是公認(rèn)級(jí)別的。
01. 指針
指針公認(rèn)最難理解的概念，也是讓很多初學(xué)者選擇放棄的直接原因
指針之所以難理解，因?yàn)橹羔槺旧砭褪且粋€(gè)變量，是一個(gè)非常特殊的變量，專門存放地址的變量，這個(gè)地址需要給申請(qǐng)空間才能裝東西，而且因?yàn)槭莻€(gè)變量可以中間賦值，這么一倒騰很多人就開始犯暈了，繞不開彎了。C語(yǔ)言之所以被很多高手所喜歡，就是指針的魅力，中間可以靈活的切換，執(zhí)行效率超高，這點(diǎn)也是讓小白暈菜的地方。
指針是學(xué)習(xí)繞不過去的知識(shí)點(diǎn)，而且學(xué)完C語(yǔ)言，下一步緊接著切換到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，指針是切換的重點(diǎn)，指針搞不定下一步進(jìn)行起來(lái)就很難，會(huì)讓很多人放棄繼續(xù)學(xué)習(xí)的勇氣。
指針直接對(duì)接內(nèi)存結(jié)構(gòu)，常見的C語(yǔ)言里面的指針亂指，數(shù)組越界根本原因就是內(nèi)存問題。在指針這個(gè)點(diǎn)有無(wú)窮無(wú)盡的發(fā)揮空間。很多編程的技巧都在此集結(jié)。
指針還涉及如何申請(qǐng)釋放內(nèi)存，如果釋放不及時(shí)就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存泄露的情況，指針是高效好用，但不徹底搞明白對(duì)于有些人來(lái)說簡(jiǎn)直就是噩夢(mèng)。
在概念方面問題可以參見此前推文《對(duì)于C語(yǔ)言指針最詳盡的講解》，那么在指針方面可以參見一下大神的經(jīng)驗(yàn)：
▎復(fù)雜類型說明
要了解指針，多多少少會(huì)出現(xiàn)一些比較復(fù)雜的類型。所以先介紹一下如何完全理解一個(gè)復(fù)雜類型。
要理解復(fù)雜類型其實(shí)很簡(jiǎn)單，一個(gè)類型里會(huì)出現(xiàn)很多運(yùn)算符，他們也像普通的表達(dá)式一樣，有優(yōu)先級(jí)，其優(yōu)先級(jí)和運(yùn)算優(yōu)先級(jí)一樣。
所以筆者總結(jié)了一下其原則：從變量名處起，根據(jù)運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)結(jié)合，一步一步分析。
下面讓我們先從簡(jiǎn)單的類型開始慢慢分析吧。
- int p;
這是一個(gè)普通的整型變量
- int p;
首先從P處開始，先與結(jié)合，所以說明P是一個(gè)指針。然后再與int結(jié)合，說明指針?biāo)赶虻膬?nèi)容的類型為int型，所以P是一個(gè)返回整型數(shù)據(jù)的指針
- int p[3];
首先從P處開始，先與[]結(jié)合，說明P是一個(gè)數(shù)組。然后與int結(jié)合，說明數(shù)組里的元素是整型的，所以P是一個(gè)由整型數(shù)據(jù)組成的數(shù)組。
- int *p[3];
首先從P處開始，先與[]結(jié)合，因?yàn)槠鋬?yōu)先級(jí)比高，所以P是一個(gè)數(shù)組。然后再與結(jié)合，說明數(shù)組里的元素是指針類型。之后再與int結(jié)合，說明指針?biāo)赶虻膬?nèi)容的類型是整型的，所以P是一個(gè)由返回整型數(shù)據(jù)的指針?biāo)M成的數(shù)組。
- int (*p)[3];
首先從P處開始，先與結(jié)合，說明P是一個(gè)指針。然后再與[]結(jié)合(與"()"這步可以忽略，只是為了改變優(yōu)先級(jí))，說明指針?biāo)赶虻膬?nèi)容是一個(gè)數(shù)組。之后再與int結(jié)合，說明數(shù)組里的元素是整型的。所以P是一個(gè)指向由整型數(shù)據(jù)組成3個(gè)整數(shù)的指針。
- int **p;
首先從P開始，先與*結(jié)合，說明P是一個(gè)指針。然后再與*結(jié)合，說明指針?biāo)赶虻脑厥侵羔槨Ｖ笤倥cint結(jié)合，說明該指針?biāo)赶虻脑厥钦蛿?shù)據(jù)。由于二級(jí)指針以及更高級(jí)的指針極少用在復(fù)雜的類型中，所以后面更復(fù)雜的類型我們就不考慮多級(jí)指針了，最多只考慮一級(jí)指針。
- int p(int);
從P處起，先與()結(jié)合，說明P是一個(gè)函數(shù)。然后進(jìn)入()里分析，說明該函數(shù)有一個(gè)整型變量的參數(shù)，之后再與外面的int結(jié)合，說明函數(shù)的返回值是一個(gè)整型數(shù)據(jù)。
- Int (*p)(int);
從P處開始，先與指針結(jié)合，說明P是一個(gè)指針。然后與()結(jié)合，說明指針指向的是一個(gè)函數(shù)。之后再與()里的int結(jié)合，說明函數(shù)有一個(gè)int型的參數(shù)，再與最外層的int結(jié)合，說明函數(shù)的返回類型是整型，所以P是一個(gè)指向有一個(gè)整型參數(shù)且返回類型為整型的函數(shù)的指針。
- int (p(int))[3];
可以先跳過，不看這個(gè)類型，過于復(fù)雜。從P開始，先與()結(jié)合，說明P是一個(gè)函數(shù)。然后進(jìn)入()里面，與int結(jié)合，說明函數(shù)有一個(gè)整型變量參數(shù)。然后再與外面的結(jié)合，說明函數(shù)返回的是一個(gè)指針。之后到最外面一層，先與[]結(jié)合，說明返回的指針指向的是一個(gè)數(shù)組。接著再與結(jié)合，說明數(shù)組里的元素是指針，最后再與int結(jié)合，說明指針指向的內(nèi)容是整型數(shù)據(jù)。所以P是一個(gè)參數(shù)為一個(gè)整數(shù)據(jù)且返回一個(gè)指向由整型指針變量組成的數(shù)組的指針變量的函數(shù)。
說到這里也就差不多了。理解了這幾個(gè)類型，其它的類型對(duì)我們來(lái)說也是小菜了。不過一般不會(huì)用太復(fù)雜的類型，那樣會(huì)大大減小程序的可讀性，請(qǐng)慎用。這上面的幾種類型已經(jīng)足夠我們用了。
▎細(xì)說指針
指針是一個(gè)特殊的變量，它里面存儲(chǔ)的數(shù)值被解釋成為內(nèi)存里的一個(gè)地址。
要搞清一個(gè)指針需要搞清指針的四方面的內(nèi)容：指針的類型、指針?biāo)赶虻念愋汀⒅羔樀闹祷蛘呓兄羔標(biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)、指針本身所占據(jù)的內(nèi)存區(qū)。讓我們分別說明。
先聲明幾個(gè)指針放著做例子：
（1）int*ptr;
（2）char*ptr;
（3）int**ptr;
（4）int(*ptr)[3];
（5）int*(*ptr)[4];
▎指針的類型
從語(yǔ)法的角度看，小伙伴們只要把指針聲明語(yǔ)句里的指針名字去掉，剩下的部分就是這個(gè)指針的類型。這是指針本身所具有的類型。
讓我們看看上述例子中各個(gè)指針的類型：
（1）intptr;//指針的類型是int
（2）charptr;//指針的類型是char
（3）intptr;//指針的類型是int
（4）int(ptr)[3];//指針的類型是int()[3]
（5）int*(ptr)[4];//指針的類型是int(*)[4]
怎么樣？找出指針的類型的方法是不是很簡(jiǎn)單？
▎指針?biāo)赶虻念愋?/h3>
當(dāng)通過指針來(lái)訪問指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)時(shí)，指針?biāo)赶虻念愋蜎Q定了編譯器將把那片內(nèi)存區(qū)里的內(nèi)容當(dāng)做什么來(lái)看待。
從語(yǔ)法上看，小伙伴們只需把指針聲明語(yǔ)句中的指針名字和名字左邊的指針聲明符*去掉，剩下的就是指針?biāo)赶虻念愋汀?/p>
上述例子中各個(gè)指針?biāo)赶虻念愋停?/p>
（1）intptr; //指針?biāo)赶虻念愋褪莍nt
（2）char*ptr; //指針?biāo)赶虻牡念愋褪莄har*
（3）int*ptr; //指針?biāo)赶虻牡念愋褪莍nt*
（4）int(*ptr)[3]; //指針?biāo)赶虻牡念愋褪莍nt(*)[3]
（5）int*(*ptr)[4]; //指針?biāo)赶虻牡念愋褪莍nt*(*)[4]
在指針的算術(shù)運(yùn)算中，指針?biāo)赶虻念愋陀泻艽蟮淖饔谩?/p>
指針的類型(即指針本身的類型)和指針?biāo)赶虻念愋褪莾蓚€(gè)概念。當(dāng)小伙伴們對(duì)C 越來(lái)越熟悉時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，把與指針攪和在一起的"類型"這個(gè)概念分成"指針的類型"和"指針?biāo)赶虻念愋?quot;兩個(gè)概念，是精通指針的關(guān)鍵點(diǎn)之一。
筆者看了不少書，發(fā)現(xiàn)有些寫得差的書中，就把指針的這兩個(gè)概念攪在一起了，所以看起書來(lái)前后矛盾，越看越糊涂。
▎指針的值
即指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)或地址。
指針的值是指針本身存儲(chǔ)的數(shù)值，這個(gè)值將被編譯器當(dāng)作一個(gè)地址，而不是一個(gè)一般的數(shù)值。
在32位程序里，所有類型的指針的值都是一個(gè)32位整數(shù)，因?yàn)?2位程序里內(nèi)存地址全都是32位長(zhǎng)。指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)就是從指針的值所代表的那個(gè)內(nèi)存地址開始，長(zhǎng)度為si zeof(指針?biāo)赶虻念愋?的一片內(nèi)存區(qū)。
以后，我們說一個(gè)指針的值是XX，就相當(dāng)于說該指針指向了以XX為首地址的一片內(nèi)存區(qū)域；我們說一個(gè)指針指向了某塊內(nèi)存區(qū)域，就相當(dāng)于說該指針的值是這塊內(nèi)存區(qū)域的首地址。
指針?biāo)赶虻膬?nèi)存區(qū)和指針?biāo)赶虻念愋褪莾蓚€(gè)完全不同的概念。在例一中，指針?biāo)赶虻念愋鸵呀?jīng)有了，但由于指針還未初始化，所以它所指向的內(nèi)存區(qū)是不存在的，或者說是無(wú)意義的。
以后，每遇到一個(gè)指針，都應(yīng)該問問：這個(gè)指針的類型是什么？指針指的類型是什么？該指針指向了哪里？
▎指針本身所占據(jù)的內(nèi)存區(qū)
指針本身占了多大的內(nèi)存？只要用函數(shù)sizeof(指針的類型)測(cè)一下就知道了。在32位平臺(tái)里，指針本身占據(jù)4個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度。指針本身占據(jù)的內(nèi)存這個(gè)概念在判斷一個(gè)指針表達(dá)式是否是左值時(shí)很有用。
02. 函數(shù)概念
面向過程對(duì)象模塊的基本單位，以及對(duì)應(yīng)各種組合，函數(shù)指針，指針函數(shù)
一個(gè)函數(shù)就是一個(gè)業(yè)務(wù)邏輯塊，是面向過程，單元模塊的最小單元，而且在函數(shù)的執(zhí)行過程中，形參，實(shí)參如何交換數(shù)據(jù)，如何將數(shù)據(jù)傳遞出去，如何設(shè)計(jì)一個(gè)合理的函數(shù)，不單單是解決一個(gè)功能，還要看是不是能夠復(fù)用，避免重復(fù)造輪子。
函數(shù)指針和指針函數(shù)，表面是兩個(gè)字面意思的互換實(shí)際上含義截然不同，指針函數(shù)比較好理解，就是返回指針的一個(gè)函數(shù)，函數(shù)指針這個(gè)主要用在回調(diào)函數(shù)，很多人覺得函數(shù)都沒還搞明白，回調(diào)函數(shù)更暈菜了。其實(shí)可以通俗的理解指向函數(shù)的指針，本身是一個(gè)指針變量，只不過在初始化的時(shí)候指向了函數(shù)，這又回到了指針層面。沒搞明白指針再次深入的向前走特別難。
C語(yǔ)言的開發(fā)者們?yōu)楹髞?lái)的開發(fā)者做了一些省力氣的事情，他們編寫了大量代碼，將常見的基本功能都完成了，可以讓別人直接拿來(lái)使用。但是那么多代碼，如何從中找到自己需要的呢？將所有代碼都拿來(lái)顯然是不太現(xiàn)實(shí)。
但是這些代碼，早已被早期的開發(fā)者們分門別類地放在了不同的文件中，并且每一段代碼都有唯一的名字。所以其實(shí)學(xué)習(xí)C語(yǔ)言并沒有那么難，尤其是可以在動(dòng)手鍛煉做項(xiàng)目中進(jìn)行。使用代碼時(shí)，只要在對(duì)應(yīng)的名字后面加上( )就可以。這樣的一段代碼就是函數(shù)，函數(shù)能夠獨(dú)立地完成某個(gè)功能，一次編寫完成后可以多次使用。
很多初學(xué)者可能都會(huì)把C語(yǔ)言中的函數(shù)和數(shù)學(xué)中的函數(shù)概念搞混淆。其實(shí)真相并沒有那么復(fù)雜，C語(yǔ)言中的函數(shù)是有規(guī)律可循跡的，只要搞清楚了概念你會(huì)發(fā)現(xiàn)還挺有意思的。
函數(shù)的英文名稱是 Function，對(duì)應(yīng)翻譯過來(lái)的中文還有“功能”的意思。C語(yǔ)言中的函數(shù)也跟功能有著密切的關(guān)系。
我們來(lái)看一小段C語(yǔ)言代碼：
- #include<stdio.h>
- int main()
- {
- puts("Hello World");
- return 0;
- }
把目光放在第4行代碼上，這行代碼會(huì)在顯示器上輸出“Hello World”。前面我們已經(jīng)講過，puts 后面要帶( )，字符串也要放在( )中。
在C語(yǔ)言中，有的語(yǔ)句使用時(shí)不能帶括號(hào)，有的語(yǔ)句必須帶括號(hào)。帶括號(hào)的就是函數(shù)（Function）。
C語(yǔ)言提供了很多功能，我們只需要一句簡(jiǎn)單的代碼就能夠使用。但是這些功能的底層都比較復(fù)雜，通常是軟件和硬件的結(jié)合，還要要考慮很多細(xì)節(jié)和邊界，如果將這些功能都交給程序員去完成，那將極大增加程序員的學(xué)習(xí)成本，降低編程效率。
有了函數(shù)之后，C語(yǔ)言的編程效率就好像有了神器一樣，開發(fā)者們只需要隨時(shí)調(diào)用就可以了，像進(jìn)程函數(shù)、操作函數(shù)、時(shí)間日期函數(shù)等都可以幫助我們直接實(shí)現(xiàn)C語(yǔ)言本身的功能。
C語(yǔ)言函數(shù)是可以重復(fù)使用的。
函數(shù)的一個(gè)明顯特征就是使用時(shí)必須帶括號(hào)( )，必要的話，括號(hào)中還可以包含待處理的數(shù)據(jù)。例如puts("尚觀科技")就使用了一段具有輸出功能的代碼，這段代碼的名字是 puts，"尚觀科技" 是要交給這段代碼處理的數(shù)據(jù)。使用函數(shù)在編程中有專業(yè)的稱呼，叫做函數(shù)調(diào)用（Function Call）。
如果函數(shù)需要處理多個(gè)數(shù)據(jù)，那么它們之間使用逗號(hào),分隔，例如：
pow(10, 2);
該函數(shù)用來(lái)求10的2次方。
好了，看到這里你有沒有覺得其實(shí)C語(yǔ)言函數(shù)還是比較有意思的，而且并沒有那么復(fù)雜困難。以后再遇到菜鳥小白的時(shí)候，你一口一個(gè)C語(yǔ)言的函數(shù)，說不定就能當(dāng)場(chǎng)引來(lái)無(wú)數(shù)膜拜的目光。
03. 結(jié)構(gòu)體，遞歸
很多在大學(xué)學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的，很多課程都沒學(xué)完，結(jié)構(gòu)體都沒學(xué)到，因?yàn)閺恼鹿?jié)的安排來(lái)看好像，結(jié)構(gòu)體學(xué)習(xí)放在教材的后半部分了，弄得很多學(xué)生覺得結(jié)構(gòu)體不重要，如果只是應(yīng)付學(xué)校的考試，或者就是為了混個(gè)畢業(yè)證，的確學(xué)的意義不大。
如果想從事編程這個(gè)行業(yè)，對(duì)這個(gè)概念還不了解，基本上無(wú)法構(gòu)造數(shù)據(jù)模型，沒有一個(gè)業(yè)務(wù)體是完全使用原生數(shù)據(jù)類型來(lái)完成的，很多高手在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型的時(shí)候，一般先把頭文件中的結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)整理出來(lái)。然后設(shè)計(jì)好功能函數(shù)的參數(shù)，以及名字，然后才真正開始寫c源碼。
如果從節(jié)省空間考慮結(jié)構(gòu)體里面的數(shù)據(jù)放的順序不一樣在內(nèi)存中占用的空間也不一樣，結(jié)構(gòu)體與結(jié)構(gòu)體之間賦值，結(jié)構(gòu)體存在指針那么賦值要特別注意，需要進(jìn)行深度的賦值。
遞歸一般用于從頭到位統(tǒng)計(jì)或者羅列一些數(shù)據(jù)，在使用的時(shí)候很多初學(xué)者都覺得別扭，怎么還能自己調(diào)用自己？而且在使用的時(shí)候，一定設(shè)置好跳出的條件，不然無(wú)休止的進(jìn)行下去，真就成無(wú)線死循環(huán)了。
對(duì)于結(jié)構(gòu)體方面的知識(shí)，可以參見此前推送的文章《C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體（struct）最全的講解（萬(wàn)字干貨）》。具體也可以參見大佬的經(jīng)驗(yàn)：
相信大家對(duì)于結(jié)構(gòu)體都不陌生。在此，分享出本人對(duì)C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體的研究和學(xué)習(xí)的總結(jié)。如果你發(fā)現(xiàn)這個(gè)總結(jié)中有你以前所未掌握的，那本文也算是有點(diǎn)價(jià)值了。當(dāng)然，水平有限，若發(fā)現(xiàn)不足之處懇請(qǐng)指出。代碼文件test.c我放在下面。
在此，我會(huì)圍繞以下2個(gè)問題來(lái)分析和應(yīng)用C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)體：
1. C語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)體有何作用
2. 結(jié)構(gòu)體成員變量?jī)?nèi)存對(duì)齊有何講究(重點(diǎn))
對(duì)于一些概念的說明，我就不把C語(yǔ)言教材上的定義搬上來(lái)。我們坐下來(lái)慢慢聊吧。
1. 結(jié)構(gòu)體有何作用
三個(gè)月前，教研室里一個(gè)學(xué)長(zhǎng)在華為南京研究院的面試中就遇到這個(gè)問題。當(dāng)然，這只是面試中最基礎(chǔ)的問題。如果問你你怎么回答？
我的理解是這樣的，C語(yǔ)言中結(jié)構(gòu)體至少有以下三個(gè)作用：
(1) 有機(jī)地組織了對(duì)象的屬性。
比如，在STM32的RTC開發(fā)中，我們需要數(shù)據(jù)來(lái)表示日期和時(shí)間，這些數(shù)據(jù)通常是年、月、日、時(shí)、分、秒。如果我們不用結(jié)構(gòu)體，那么就需要定義6個(gè)變量來(lái)表示。這樣的話程序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是松散的，我們的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最好是“高內(nèi)聚，低耦合”的。所以，用一個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)表示更好，無(wú)論是從程序的可讀性還是可移植性還是可維護(hù)性皆是：
typedef struct //公歷日期和時(shí)間結(jié)構(gòu)體
- {
- vu16 year;
- vu8 month;
- vu8 date;
- vu8 hour;
- vu8 min;
- vu8 sec;
- }_calendar_obj;
- _calendar_obj calendar; //定義結(jié)構(gòu)體變量
(2) 以修改結(jié)構(gòu)體成員變量的方法代替了函數(shù)(入口參數(shù))的重新定義。
如果說結(jié)構(gòu)體有機(jī)地組織了對(duì)象的屬性表示結(jié)構(gòu)體“中看”，那么以修改結(jié)構(gòu)體成員變量的方法代替函數(shù)(入口參數(shù))的重新定義就表示了結(jié)構(gòu)體“中用”。繼續(xù)以上面的結(jié)構(gòu)體為例子，我們來(lái)分析。假如現(xiàn)在我有如下函數(shù)來(lái)顯示日期和時(shí)間：
- void DsipDateTime( _calendar_obj DateTimeVal)
那么我們只要將一個(gè)_calendar_obj這個(gè)結(jié)構(gòu)體類型的變量作為實(shí)參調(diào)用DsipDateTime()即可，DsipDateTime()通過DateTimeVal的成變量來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的顯示。如果不用結(jié)構(gòu)體，我們很可能需要寫這樣的一個(gè)函數(shù)：
- void DsipDateTime( vu16 year，vu8 month，vu8 date，vu8 hour，vu8 min，vu8 sec)
顯然這樣的形參很不可觀，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理起來(lái)也很繁瑣。如果某個(gè)函數(shù)的返回值得是一個(gè)表示日期和時(shí)間的數(shù)據(jù)，那就更復(fù)雜了。這只是一方面。
另一方面，如果用戶需要表示日期和時(shí)間的數(shù)據(jù)中還要包含星期(周)，這個(gè)時(shí)候，如果之前沒有用機(jī)構(gòu)體，那么應(yīng)該在DsipDateTime()函數(shù)中在增加一個(gè)形參vu8 week：
- void DsipDateTime( vu16 year，vu8 month，vu8 date，vu8 week，vu8 hour，vu8 min，vu8 sec)
可見這種方法來(lái)傳遞參數(shù)非常繁瑣。所以以結(jié)構(gòu)體作為函數(shù)的入口參數(shù)的好處之一就是函數(shù)的聲明void DsipDateTime( _calendar_obj DateTimeVal)不需要改變，只需要增加結(jié)構(gòu)體的成員變量，然后在函數(shù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)上對(duì)calendar.week作相應(yīng)的處理即可。這樣，在程序的修改、維護(hù)方面作用顯著。
- typedef struct //公歷日期和時(shí)間結(jié)構(gòu)體
- {
- vu16 year;
- vu8 month;
- vu8 date;
- vu8 week;
- vu8 hour;
- vu8 min;
- vu8 sec;
- }_calendar_obj;
- _calendar_obj calendar; //定義結(jié)構(gòu)體變量
(3) 結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存對(duì)齊原則可以提高CPU對(duì)內(nèi)存的訪問速度(以空間換取時(shí)間)。
并且，結(jié)構(gòu)體成員變量的地址可以根據(jù)基地址(以偏移量offset)計(jì)算。我們先來(lái)看看下面的一段簡(jiǎn)單的程序，對(duì)于此程序的分析會(huì)在第2部分結(jié)構(gòu)體成員變量?jī)?nèi)存對(duì)齊中詳細(xì)說明。
- #include<stdio.h>
- int main()
- {
- struct //聲明結(jié)構(gòu)體char_short_long
- {
- char c;
- short s;
- long l;
- }char_short_long;
- struct //聲明結(jié)構(gòu)體long_short_char
- {
- long l;
- short s;
- char c;
- }long_short_char;
- struct //聲明結(jié)構(gòu)體char_long_short
- {
- char c;
- long l;
- short s;
- }char_long_short;
- printf(" \n");
- printf(" Size of char = %d bytes\n",sizeof(char));
- printf(" Size of shrot = %d bytes\n",sizeof(short));
- printf(" Size of long = %d bytes\n",sizeof(long));
- printf(" \n"); //char_short_long
- printf(" Size of char_short_long = %d bytes\n",sizeof(char_short_long));
- printf(" Addr of char_short_long.c = 0x%p (10進(jìn)制：%d)\n",&char_short_long.c,&char_short_long.c);
- printf(" Addr of char_short_long.s = 0x%p (10進(jìn)制：%d)\n",&char_short_long.s,&char_short_long.s);
- printf(" Addr of char_short_long.l = 0x%p (10進(jìn)制：%d)\n",&char_short_long.l,&char_short_long.l);
- printf(" \n");
- printf(" \n"); //long_short_char
- printf(" Size of long_short_char = %d bytes\n",sizeof(long_short_char));
- printf(" Addr of long_short_char.l = 0x%p (10進(jìn)制：%d)\n",&long_short_char.l,&long_short_char.l);
- printf(" Addr of long_short_char.s = 0x%p (10進(jìn)制：%d)\n",&long_short_char.s,&long_short_char.s);
- printf(" Addr of long_short_char.c = 0x%p (10進(jìn)制：%d)\n",&long_short_char.c,&long_short_char.c);
- printf(" \n");
- printf(" \n"); //char_long_short
- printf(" Size of char_long_short = %d bytes\n",sizeof(char_long_short));
- printf(" Addr of char_long_short.c = 0x%p (10進(jìn)制：%d)\n",&char_long_short.c,&char_long_short.c);
- printf(" Addr of char_long_short.l = 0x%p (10進(jìn)制：%d)\n",&char_long_short.l,&char_long_short.l);
- printf(" Addr of char_long_short.s = 0x%p (10進(jìn)制：%d)\n",&char_long_short.s,&char_long_short.s);
- printf(" \n");
- return 0;
- }
程序的運(yùn)行結(jié)果如下(注意：括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)是成員變量的地址的十進(jìn)制形式)：
2. 結(jié)構(gòu)體成員變量?jī)?nèi)存對(duì)齊
首先，我們來(lái)分析一下上面程序的運(yùn)行結(jié)果。前三行說明在我的程序中，char型占1個(gè)字節(jié)，short型占2個(gè)字節(jié)，long型占4個(gè)字節(jié)。char_short_long、long_short_char和char_long_short是三個(gè)結(jié)構(gòu)體成員相同但是成員變量的排列順序不同。并且從程序的運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，
- Size of char_short_long = 8 bytes
- Size of long_short_char = 8 bytes
- Size of char_long_short = 12 bytes //比前兩種情況大4 byte ！
并且，還要注意到，1 byte (char)+ 2 byte (short)+ 4 byte (long) = 7 byte，而不是8 byte。
所以，結(jié)構(gòu)體成員變量的放置順序影響著結(jié)構(gòu)體所占的內(nèi)存空間的大小。一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量所占內(nèi)存的大小不一定等于其成員變量所占空間之和。如果一個(gè)用戶程序或者操作系統(tǒng)(比如uC/OS-II)中存在大量結(jié)構(gòu)體變量時(shí)，這種內(nèi)存占用必須要進(jìn)行優(yōu)化，也就是說，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部成員變量的排列次序是有講究的。
結(jié)構(gòu)體成員變量到底是如何存放的呢？
在這里，我就不賣關(guān)子了，直接給出如下結(jié)論，在沒有#pragma pack宏的情況下：
原則1 結(jié)構(gòu)（struct或聯(lián)合union）的數(shù)據(jù)成員，第一個(gè)數(shù)據(jù)成員放在offset為0的地方，以后每個(gè)數(shù)據(jù)成員存儲(chǔ)的起始位置要從該成員大小的整數(shù)倍開始（比如int在32位機(jī)為4字節(jié)，則要從4的整數(shù)倍地址開始存儲(chǔ)）。
原則2 結(jié)構(gòu)體的總大小，也就是sizeof的結(jié)果，必須是其內(nèi)部最大成員的整數(shù)倍，不足的要補(bǔ)齊。
*原則3 結(jié)構(gòu)體作為成員時(shí)，結(jié)構(gòu)體成員要從其內(nèi)部最大元素大小的整數(shù)倍地址開始存儲(chǔ)。（struct a里存有struct b，b里有char，int，double等元素時(shí)，那么b應(yīng)該從8的整數(shù)倍地址處開始存儲(chǔ)，因?yàn)閟izeof(double) = 8 bytes）
這里，我們結(jié)合上面的程序來(lái)分析(暫時(shí)不討論原則3)。
先看看char_short_long和long_short_char這兩個(gè)結(jié)構(gòu)體，從它們的成員變量的地址可以看出來(lái)，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)體符合原則1和原則2。注意，在 char_short_long的成員變量的地址中，char_short_long.s的地址是1244994，也就是說，1244993是“空的”，只是被“占位”了！
再看看char_long_short這個(gè)結(jié)構(gòu)體，char_long_short的地址分布情況如下表：
可見，其內(nèi)存分布圖如下，共12 bytes：
首先，1244972能被1整除，所以char_long_short.c放在1244972處沒有問題(其實(shí)，就char型成員變量自身來(lái)說，其放在任何地址單元處都沒有問題)，根據(jù)原則1，在之后的1244973~1244975中都沒有能被4(因?yàn)閟izeof(long)=4bytes)整除的，1244976能被4整除，所以char_long_short.l應(yīng)該放在1244976處，那么同理，最后一個(gè).s(sizeof(short)=2 bytes)是應(yīng)該放在1244980處。
是不是這樣就結(jié)束了？不是，還有原則2。根據(jù)原則2的要求，char_long_short這個(gè)結(jié)構(gòu)體所占的空間大小應(yīng)該是其占內(nèi)存空間最大的成員變量的大小的整數(shù)倍。如果我們到此就結(jié)束了，那么char_long_short所占的內(nèi)存空間是1244972~1244981共計(jì)10bytes，不符合原則2，所以，必須在最后補(bǔ)齊2個(gè) bytes(1244982~1244983)。
至此，一個(gè)結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存布局完成了。
下面我們按照上述原則，來(lái)驗(yàn)證這樣的分析是不是正確。按上面的分析，地址單元1244973、1244974、1244975以及1244982、1244983都是空的(至少char_long_short未用到，只是“占位”了)。如果我們的分析是正確的，那么，定義這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)體，其所占內(nèi)存也應(yīng)該是12 bytes：
- struct //聲明結(jié)構(gòu)體char_long_short_new
- {
- char c;
- char add1; //補(bǔ)齊空間
- char add2; //補(bǔ)齊空間
- char add3; //補(bǔ)齊空間
- long l;
- short s;
- char add4; //補(bǔ)齊空間
- char add5; //補(bǔ)齊空間
- }char_long_short_new;
運(yùn)行結(jié)果如下：
可見，我們的分析是正確的。至于原則3，大家可以自己編程驗(yàn)證，這里就不再討論了。
所以，無(wú)論你是在VC6.0還是Keil C51，還是Keil MDK中，當(dāng)你需要定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體時(shí)，只要你稍微留心結(jié)構(gòu)體成員變量?jī)?nèi)存對(duì)齊這一現(xiàn)象，就可以在很大程度上節(jié)約MCU的RAM。這一點(diǎn)不僅僅應(yīng)用于實(shí)際編程，在很多大型公司，比如IBM、微軟、百度、華為的筆試和面試中，也是常見的。
這三大塊硬骨頭是學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的絆腳石，下功夫拿掉基本上C語(yǔ)言的大動(dòng)脈就打通了，那么再去學(xué)習(xí)別的內(nèi)容就相對(duì)比較簡(jiǎn)單了。編程學(xué)習(xí)過程中越是痛苦的時(shí)候，學(xué)到的東西就會(huì)越多，克服過去就會(huì)自己的技能，放棄了前面的付出的時(shí)間都將清零。越是難學(xué)的語(yǔ)言在入門之后，在入門之后越覺得過癮，而且還容易上癮。你上癮了沒？還是放棄了？
