嵌入式工程師必備的 8 個C語言技巧

作為一名玩 MCU 的工程師，或許我們鮮有遇到純上層軟件的開發(fā)，也絕不可能完全的做一些硬件電路設(shè)計(jì)，我們最常見的工作模式是：左手夾著煙頭，右手拿著烙鐵，雙手架在鍵盤上敲著代碼。

為了做一個好的設(shè)計(jì)，本身在軟硬件的配合上就需要克服無數(shù)的困難和障礙，任何一名 MCU 愛好者都不希望遇到一些因?yàn)檎Z言和工具而產(chǎn)生的困擾，我們在 MCU 這種資源受限的平臺上進(jìn)行 C語言的開發(fā)雖然被軟件界看起來不怎么高大上，但是 MCU 的開發(fā)目前 C 語言還是主流，為了更好的操控和調(diào)試我們的硬件，我們還是需要竭力的避免一些 C語言編程的陷阱，避免被一些高大上的變成語言或者架構(gòu)干擾產(chǎn)品整體的進(jìn)度和可靠性。

這里就介紹幾個 C語言中避坑的技巧

第1坑：不要使用“GOTO”語句

GOTO 語句最早源于匯編語言的跳轉(zhuǎn)，在很多年前，計(jì)算機(jī)的變成還處于起步階段，C語言開始也是尋著匯編的思路來設(shè)計(jì)的，因此就遺留下了這么一個 GOTO 語句，允許程序員自由的在代碼間翱翔。使用GOTO語句的例子

#include <stdio.h>
int main() {    int i = 0;
    // 使用goto語句的簡單示例    goto start;
loop:    printf("Inside loop: %dn", i);    i++;
start:    if (i < 5)        goto loop;
    printf("Loop finished.n");
    return 0;}

這種 goto 語句用起來簡單，但是整體程序如果來回跳轉(zhuǎn)，讀起來會非常的困難，非常繞，并且 GOTO 語句還存在以下問題：

可讀性差：使用goto語句的代碼通常會變得難以理解，因?yàn)樗试S在程序中跳轉(zhuǎn)到不同的標(biāo)簽位置。這使得代碼流程變得不清晰，增加了理解代碼的難度。

難以維護(hù)：當(dāng)代碼包含大量goto語句時，很容易導(dǎo)致代碼的維護(hù)困難。修改代碼或添加新功能時，必須仔細(xì)考慮goto語句的影響，以防止引入錯誤。

錯誤的使用可能導(dǎo)致問題：如果不小心使用了錯誤的標(biāo)簽，或者在不當(dāng)?shù)奈恢檬褂?code>goto，可能導(dǎo)致程序的不正確行為。這種錯誤可能難以追蹤和修復(fù)。

不利于結(jié)構(gòu)化編程：使用goto語句可能違背結(jié)構(gòu)化編程的原則，使得代碼難以按照清晰的結(jié)構(gòu)組織。結(jié)構(gòu)化編程強(qiáng)調(diào)使用順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)來構(gòu)建清晰、可讀、可維護(hù)的代碼。

不利于調(diào)試：調(diào)試時，跳轉(zhuǎn)語句會使程序的執(zhí)行路徑變得復(fù)雜，增加了調(diào)試的難度。代碼中的跳轉(zhuǎn)可能使得代碼不易于單步調(diào)試，阻礙了查找和修復(fù)錯誤的過程。

第2坑：使用完整的條件語句

在使用判斷語句的時候，我們尤其要注意判斷條件的完整性，我們許多工程師都熟悉簡單的if else 語句，然而有一些工程師卻沒有注意到，不同的寫法可能會浪費(fèi)一些處理器的時間。比如：

if(value == 1U){
}
if(value == 0U){
}
if(value == 1U){
}else {
}

在第一種寫法中，處理器會去判斷兩次，然后根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行分支運(yùn)行，但是如果我們寫成第二種寫法，處理器只需要判斷一次就可以了。尤其是這種判斷在一個大循環(huán)內(nèi)部，這將浪費(fèi)我們很多處理器時間。

另外為了代碼具備更清晰的可讀性，我們應(yīng)該讓 if else 成對出現(xiàn)，并且都是用{}把程序分割開來，這樣也避免我們在調(diào)試的時候復(fù)制粘貼出現(xiàn)一些錯誤，從而影響我們調(diào)試和解決問題的進(jìn)度。

#include <stdio.h>
int main() {    int choice;
    // 提示用戶輸入數(shù)字    printf("Enter a number (1-3): ");    scanf("%d", &choice);
    // 使用 switch 語句根據(jù)用戶輸入執(zhí)行不同的操作    switch (choice) {        case 1:            printf("You chose option 1.n");            // 執(zhí)行操作1的代碼            break;
        case 2:            printf("You chose option 2.n");            // 執(zhí)行操作2的代碼            break;
        case 3:            printf("You chose option 3.n");            // 執(zhí)行操作3的代碼            break;
        default:            printf("Invalid choice. Please enter a number between 1 and 3.n");            // 處理無效選擇的代碼            break;    }
    return 0;}

如果判斷分支比較多，一定是用 swich case 語句來代替 if else。道理是相同的，一定要完整且用{}將程序段分隔好。同時要注意，如果我們對分支的命中率有一定的前瞻性，那么我們最好把命中率比較高的分支放在前面。

對于 case 比較多的情況，有些編譯器會主動優(yōu)化，這時候就不必考慮命中率的問題了。

第3坑：使用FOR（；；）還是 While（1）？

MCU 的開發(fā)過程中，我們絕大部分情況下還是在使用前后臺系統(tǒng)，當(dāng)然即便我們跑了一些實(shí)時性的操作系統(tǒng)，也避免不了使用一些無限循環(huán)的處理。

那么處理無限循環(huán)的語句目前有兩種寫法，我?？吹揭恍┏跫壒こ處煏褂?while（1），而在一些操作系統(tǒng)源碼中看到的更多的是 for（；；）。

如果在 C99 的版本下，我們使用 for 來寫循環(huán)看起來更緊湊。

// while 循環(huán)的初始化int i = 0;while (i < 5) {    // ...    i++;}
// for 循環(huán)的初始化for (int i = 0; i < 5; i++) {    // ...}

另外，我十幾年前在賽普拉斯的單片機(jī)上開發(fā)，因?yàn)?flash 空間很小，需要極致優(yōu)化代碼來進(jìn)行空間壓縮，這里我選擇了 for 循環(huán)的寫法可以讓空間多出一個字節(jié)來，不過現(xiàn)在的很多編譯器都已經(jīng)更新了很多年了，至少在主流的 arm 平臺上他們的匯編代碼都是一樣的了。

第4坑：盡可能不用嵌入?yún)R編語言

微處理器的自然語言為匯編語言指令。為低級別機(jī)器語言編程可能會為處理器提供更高效的代碼。然而，人類并不是天生就會這種語言，并且經(jīng)驗(yàn)表明，編寫匯編語言會造成誤解。誤解會導(dǎo)致維護(hù)不當(dāng)，更甚者，可能會使系統(tǒng)到處是bug，一般建議避免使用匯編語言。

我第一份工作是在地鐵的廣播系統(tǒng)，聽說當(dāng)時北京地鐵一號線數(shù)字化改造就是用來單片機(jī)控制系統(tǒng)，當(dāng)時的老工程師在天津，使用匯編寫好的幾頁紙的匯編代碼，要拿到北京進(jìn)行編譯，并且?guī)缀跏且淮涡跃幾g通過。

這或許聽起來很神話，但在我們現(xiàn)在在線調(diào)試工具如此豐富的今天，我們完全沒必要去鍛煉這種技能了。

實(shí)際上，現(xiàn)在大多數(shù)編譯器都能編譯出非常高效的代碼。采用C語言或C++語言等高級語言的開發(fā)，能獲得更有序的結(jié)構(gòu)，便于理解和維護(hù)，使代碼的整體效果更好。

第5坑：寫千層餅式代碼而非方便面式代碼

在 MCU 開發(fā)的初級階段，我們往往都是如初生牛犢般生猛，不管三七二一，上來就是一把梭，一氣呵成的把代碼寫完，然后就會各種抱怨需求變更啦，增加個小功能麻煩了，等等。

因此，為了避免這些麻煩，我們需要養(yǎng)成架構(gòu)的思維，先按照千層餅式的代碼進(jìn)行規(guī)劃，然后一個模塊一個模塊的實(shí)現(xiàn)，前面慢一點(diǎn)，后面會走得更遠(yuǎn)。

而如果寫的像泡面一樣，形同亂麻會很容易出現(xiàn)亂碼。糾纏到最后，你連重構(gòu)的信心都沒有了。

第6坑：要有模塊化思維

MCU 的開發(fā)往往面對很多不同的平臺，有早期的 8051 的，也有現(xiàn)在如火如荼的 ARM Cortex 系列的，但是不管哪種平臺，我們本質(zhì)上都是去操作他們的一些外設(shè)，那么我們針對外設(shè)的上層就會有很多可以抽象成模塊的代碼，比如串口的發(fā)送接受 FIFO。

再比如我們做一些數(shù)字信號處理時的一些算法，求最大最小值，一階低通濾算法等等

我們都可以把這些小型算法抽象到一個模塊中，以便于在各種不同的平臺和項(xiàng)目中直接使用。

C語言編程使工程師能夠?qū)⒋a分成獨(dú)立的功能模塊，這簡化了代碼導(dǎo)航，同時還能夠使工程師使用封裝等面向?qū)ο蠹夹g(shù)。代碼可以被組織成邏輯模塊，這很有意義。雖然可能要先花點(diǎn)時間（幾分鐘），但從長遠(yuǎn)來看，這將能省掉很多漫長之夜，和很多調(diào)試之苦！

第7坑：一定要給自己定一套變量命名方式

打江山容易，守江山難，寫代碼時候如果一把梭爽了，后期維護(hù)代碼就會很痛苦，很多時候我們真的連自己的注釋都看不懂，因此讓代碼本身就透著意義是很重要的一種技能。

比如我們對于全局變量和局部變量的命名前面分別增加 g 和 m 開頭。

unsinged char g_bValue = 0;
int main(){    short m_wCnt = 0;}

比如在定義變量的時候根據(jù)變量的類型在變量前面增加標(biāo)識：b(字節(jié))，w（字），dw（雙字）

另外，對于變量的命名還需要注意其本身的意義，我們可以使用完整的英文來進(jìn)行命名，如果在一個團(tuán)隊(duì)里面，大家可以約定有效，也可以使用一些簡短的自創(chuàng)性的命名，當(dāng)然前提是大家要有一個團(tuán)隊(duì)命名手冊。

int Freq      //Frequencyint Btn       //Buttonint MotorSta   //MotorStateint Spd       //  Speed

第8坑：少用#pragma語句

C語言中有一種特殊的#pragma語句。這些語句通常處理非標(biāo)準(zhǔn)的句法和特性，應(yīng)盡可能避免使用這種語句，因?yàn)樗鼈兪欠菢?biāo)準(zhǔn)的，不能從一個處理器移植到另一個處理器。有些編譯器可能要求用這類語句完成某項(xiàng)任務(wù)，例如定義一個中斷服務(wù)程序，這時候我們應(yīng)該將中斷服務(wù)函數(shù)單獨(dú)寫出來，再讓編譯器要求的寫法的函數(shù)去調(diào)用，把我們的程序和編譯器特性需求給解耦合。

// 使用 typedef 定義關(guān)鍵字typedef unsigned char U8;typedef unsigned short U16;typedef unsigned int U32;

另外，我們可以在自己的代碼中自定義一些便于移植的數(shù)據(jù)類型，這樣以后移植自己的代碼的時候只需要#include 我們自己的配置文件就可以了。