C語言嵌入式系統(tǒng)編程修煉之內(nèi)存操作篇

數(shù)據(jù)指針

　　在嵌入式系統(tǒng)的編程中，常常要求在特定的內(nèi)存單元讀寫內(nèi)容，匯編有對(duì)應(yīng)的MOV指令，而除C/C++以外的其它編程語言基本沒有直接訪問絕對(duì)地址的能力。在嵌入式系統(tǒng)的實(shí)際調(diào)試中，多借助C語言指針?biāo)哂械膶?duì)絕對(duì)地址單元內(nèi)容的讀寫能力。以指針直接操作內(nèi)存多發(fā)生在如下幾種情況：

　　(1) 某I/O芯片被定位在CPU的存儲(chǔ)空間而非I/O空間，而且寄存器對(duì)應(yīng)于某特定地址；

　　(2) 兩個(gè)CPU之間以雙端口RAM通信，CPU需要在雙端口RAM的特定單元（稱為mail box）書寫內(nèi)容以在對(duì)方CPU產(chǎn)生中斷；

　　(3) 讀取在ROM或FLASH的特定單元所燒錄的漢字和英文字模。

譬如：

unsigned char *p = (unsigned char *)0xF000FF00;
*p="11";

　　以上程序的意義為在絕對(duì)地址0xF0000+0xFF00(80186使用16位段地址和16位偏移地址)寫入11。

　　在使用絕對(duì)地址指針時(shí)，要注意指針自增自減操作的結(jié)果取決于指針指向的數(shù)據(jù)類別。上例中p++后的結(jié)果是p= 0xF000FF01，若p指向int，即：

int *p = (int *)0xF000FF00;

　　p++(或++p)的結(jié)果等同于：p = p+sizeof(int)，而p-(或-p)的結(jié)果是p = p-sizeof(int)。

記住：CPU以字節(jié)為單位編址，而C語言指針以指向的數(shù)據(jù)類型長(zhǎng)度作自增和自減。理解這一點(diǎn)對(duì)于以指針直接操作內(nèi)存是相當(dāng)重要的。

函數(shù)指針

　　首先要理解以下三個(gè)問題：

　　（1）C語言中函數(shù)名直接對(duì)應(yīng)于函數(shù)生成的指令代碼在內(nèi)存中的地址，因此函數(shù)名可以直接賦給指向函數(shù)的指針；

　　（2）調(diào)用函數(shù)實(shí)際上等同于"調(diào)轉(zhuǎn)指令＋參數(shù)傳遞處理＋回歸位置入棧"，本質(zhì)上最核心的操作是將函數(shù)生成的目標(biāo)代碼的首地址賦給CPU的PC寄存器；

　　（3）因?yàn)楹瘮?shù)調(diào)用的本質(zhì)是跳轉(zhuǎn)到某一個(gè)地址單元的code去執(zhí)行，所以可以"調(diào)用"一個(gè)根本就不存在的函數(shù)實(shí)體，暈？請(qǐng)往下看：

　　請(qǐng)拿出你可以獲得的任何一本大學(xué)《微型計(jì)算機(jī)原理》教材，書中講到，186 CPU啟動(dòng)后跳轉(zhuǎn)至絕對(duì)地址0xFFFF0（對(duì)應(yīng)C語言指針是0xF000FFF0，0xF000為段地址，0xFFF0為段內(nèi)偏移）執(zhí)行，請(qǐng)看下面的代碼：

typedef void (*lpFunction) ( ); /* 定義一個(gè)無參數(shù)、無返回類型的 */
/* 函數(shù)指針類型 */
lpFunction lpReset = (lpFunction)0xF000FFF0; /* 定義一個(gè)函數(shù)指針，指向*/
/* CPU啟動(dòng)后所執(zhí)行第一條指令的位置 */
lpReset(); /* 調(diào)用函數(shù) */

　　在以上的程序中，我們根本沒有看到任何一個(gè)函數(shù)實(shí)體，但是我們卻執(zhí)行了這樣的函數(shù)調(diào)用：lpReset()，它實(shí)際上起到了"軟重啟"的作用，跳轉(zhuǎn)到CPU啟動(dòng)后第一條要執(zhí)行的指令的位置。

　　記住：函數(shù)無它，唯指令集合耳；你可以調(diào)用一個(gè)沒有函數(shù)體的函數(shù)，本質(zhì)上只是換一個(gè)地址開始執(zhí)行指令！

數(shù)組vs.動(dòng)態(tài)申請(qǐng)

　　在嵌入式系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)內(nèi)存申請(qǐng)存在比一般系統(tǒng)編程時(shí)更嚴(yán)格的要求，這是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)的內(nèi)存空間往往是十分有限的，不經(jīng)意的內(nèi)存泄露會(huì)很快導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。

　　所以一定要保證你的malloc和free成對(duì)出現(xiàn)，如果你寫出這樣的一段程序：

char * function(void)
{
　char *p;
　p = (char *)malloc(…);
　if(p==NULL)
　　…;
　　… /* 一系列針對(duì)p的操作 */
　return p;
}

　　在某處調(diào)用function()，用完function中動(dòng)態(tài)申請(qǐng)的內(nèi)存后將其free，如下：

char *q = function();
…
free(q);

　　上述代碼明顯是不合理的，因?yàn)檫`反了malloc和free成對(duì)出現(xiàn)的原則，即"誰申請(qǐng)，就由誰釋放"原則。不滿足這個(gè)原則，會(huì)導(dǎo)致代碼的耦合度增大，因?yàn)橛脩粼谡{(diào)用function函數(shù)時(shí)需要知道其內(nèi)部細(xì)節(jié)！

　　正確的做法是在調(diào)用處申請(qǐng)內(nèi)存，并傳入function函數(shù)，如下：

char *p="malloc"(…);
if(p==NULL)
…;
function(p);
…
free(p);
p="NULL";

　　而函數(shù)function則接收參數(shù)p，如下：

void function(char *p)
{
　… /* 一系列針對(duì)p的操作 */
}

　　基本上，動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存方式可以用較大的數(shù)組替換。對(duì)于編程新手，筆者推薦你盡量采用數(shù)組！嵌入式系統(tǒng)可以以博大的胸襟接收瑕疵，而無法"海納"錯(cuò)誤。畢竟，以最笨的方式苦練神功的郭靖勝過機(jī)智聰明卻范政治錯(cuò)誤走反命道路的楊康。

　　給出原則：

　　（1）盡可能的選用數(shù)組，數(shù)組不能越界訪問（真理越過一步就是謬誤，數(shù)組越過界限就光榮地成全了一個(gè)混亂的嵌入式系統(tǒng)）；

　?。?）如果使用動(dòng)態(tài)申請(qǐng)，則申請(qǐng)后一定要判斷是否申請(qǐng)成功了，并且malloc和free應(yīng)成對(duì)出現(xiàn)！

const在C++語言中則包含了更豐富的含義，而在C語言中僅意味著："只能讀的普通變量"，可以稱其為"不能改變的變量"（這個(gè)說法似乎很拗口，但卻最準(zhǔn)確的表達(dá)了C語言中const的本質(zhì)），在編譯階段需要的常數(shù)仍然只能以#define宏定義！故在C語言中如下程序是非法的：