汽車電子行業(yè)的C語言編程標準

前言

之前分享了一些編程規(guī)范相關的文章，有位讀者提到了汽車電子行業(yè)的MISRA C標準，說這個很不錯。

本次給大家找來了一篇汽車電子行業(yè)的MISRA C標準的文章一同學習下。

什么是MISRA？

MISRA (The Motor Industry Software Reliability Association)，中文名稱為汽車工業(yè)軟件可靠性聯(lián)會，是英國的一個跨國汽車工業(yè)協(xié)會，其成員包括了大部分歐美汽車生產(chǎn)商。

其核心使命是為汽車工業(yè)提供服務和協(xié)助，幫助廠方開發(fā)安全的、高可靠性的嵌入式軟件。MISRA C則是由MISRA提出的針對嵌入式C語言開發(fā)標準，目的是提高嵌入式系統(tǒng)的安全性、可讀性和可移植性。

MISRA C一開始主要是針對汽車產(chǎn)業(yè)，后面他產(chǎn)業(yè)也逐漸開始使用MISRA C，包括航天、電信、國防、醫(yī)療設備、鐵路等領域中都已有廠商使用MISRA C。通常認為，如果能夠完全遵守這些標準，則該嵌入式C代碼就是易讀、可靠、可移植和易于維護的。

因此，很多嵌入式開發(fā)者都以MISRA C來衡量自己的編碼風格，比如著名的uC/OS就稱自己99%的代碼遵循MISRA C編碼規(guī)范標準。

因此，作為嵌入式開發(fā)者，不論哪個行業(yè)，都應以產(chǎn)品安全性為前提，保證可靠性、可讀性、可移植性，也就是保證自身代碼盡可能符合MISRA C。

MISRA C應用在越來越多領域，作為嵌入式開發(fā)者，編碼過程規(guī)范應該盡可能遵循MISRA C規(guī)則，但也分特殊情況，有的時候為了嚴格按規(guī)范做可能會嚴重提高工作量或者降低系統(tǒng)性能，此時需要衡量一個平衡點。

關于MISRA C，本人的幾點體會。

1）編碼過程盡可能遵循MISRA C規(guī)范，提高代碼可靠性、可讀性、可移植。可靠性（穩(wěn)定性）是前提，可讀性、可移植是衡量一個程序員編碼水平的因素之一。

特別是對于嵌入式程序員，與硬件相關的編程，考慮到成本、供應鏈等問題，硬件可能會經(jīng)常變動或者需要兼容多種硬件，此時，可移植性就體現(xiàn)出優(yōu)勢了，大大減少重復的編碼工作。

2）特殊情況下，是可以打破規(guī)則的。比如，其中禁止使用goto語句，也是相關標準要求禁止的。有些時候是可以使用的，而且使用其他會使得程序邏輯更清晰。但，如果“特殊情況”出現(xiàn)非常頻繁，那就得考慮自身的程序架構(gòu)是否合理了。

3）可以借助一些工具進行MISRA C檢查。如IAR中，就有支持MISRA C規(guī)則檢查。以下為MISRA C 2004規(guī)范標準。

環(huán)境

規(guī)則1.1（強制）：所有的代碼應該遵守 ISO 9899:1990“Programming Language C”

規(guī)則1.2（強制）：只有當具備統(tǒng)一接口的目標代碼的時候才可以采用多種編譯器和語言。

規(guī)則1.4（強制）：檢查編譯器 / 連接器以確保支持 31 一個有效字符，支持大小寫敏感。

語言擴展

Rule 2.1（強制）：匯編語言應該封裝起來并且隔離。

例如：#define NOP asm (“NOP”)

規(guī)則2.2（強制）：源代碼只能采用 /* …  * /風格的注釋。

規(guī)則2.3（強制）：字符序列 /* 不能在注釋中使用。

注: C 語言不支持注釋的嵌套即使一些編譯器支持這個語言擴展。

規(guī)則2.4（建議）：代碼段不能注釋掉。

注：應采用 #if 或者 #ifdef 來構(gòu)成一個注釋，否則代碼里如果有注釋會改變代碼的作用。

文檔化

規(guī)則3.3（建議）：編譯器對于整數(shù)除法運算的實施應該寫入文檔。

例：

-5/3 = -1 余-2 有些編譯器結(jié)果是 -2 于＋1。

字符集

規(guī)則4.1（強制）：只能使用 ISO 標準定義的字符集。

標識符

規(guī)則6.5 （強制）：在內(nèi)部范圍的標識符不能和外部的標識符用同樣的名字，因為會隱藏那個標識符。例：

int16_t i: void f() {     int16_t i;     i=3 ；}

規(guī)則5.2（強制）：typedef 名稱只能唯一，不能重復定義。

規(guī)則5.4（強制）：標記名應該是唯一的標識符。

規(guī)則5.7（建議）：標識符不能重復使用。

類型

規(guī)則6.1（強制）：char 類型只能用來存儲使用字符。

規(guī)則6.2（強制）：signed 和 unsigned char 只能用來存儲和使用數(shù)據(jù)值.

規(guī)則6.3（建議）：對于基本數(shù)據(jù)類型，必須使用 typedef 顯式標識出數(shù)據(jù)長度。

例：

typedef signed char int8_t;typedef unsigned int uint16_t;

約束

規(guī)則7.1（強制）：禁止使用八進制數(shù)（0除外）或者八進制轉(zhuǎn)義字符。

注:整型常數(shù)以 0 開始會被認為是八進制。例：

code[1]=109 code[2]=100 code[3]=052

如果是對總線消息初始化，會有危險。

聲明和定義

規(guī)則8.1（強制）：函數(shù)都應該有原型聲明，且相對函數(shù)定義和調(diào)用可見。

規(guī)則8.2（強制）：無論何時一個對象和函數(shù)聲明或者定義，它的類型應該明確聲明 。

規(guī)則8.3（強制）：函數(shù)聲明中的參數(shù)類型應該和定義中的類型一致。

規(guī)則8.4（強制）：如果對象或函數(shù)被聲明了多次，那么它們的類型應該是兼容的。

規(guī)則8.5（強制）：頭文件中不應定義對象或者函數(shù)。

規(guī)則8.6（強制）：函數(shù)應該聲明為具有文件作用域。

規(guī)則8.7（強制）：如果對象的訪問只是在單一的函數(shù)中，那么對象應該在塊范圍內(nèi)聲明。

規(guī)則8.8（強制）：外部變量或者函數(shù)只能聲明在一個文件中。

規(guī)則8.9（強制）：具有外部鏈接的標識符應該具有準確的外部定義。

規(guī)則8.10（強制）：在文件范圍內(nèi)聲明和定義的所有對象或函數(shù)具有內(nèi)部鏈接，除非是在需要外部鏈接的情況下。

規(guī)則8.11（強制）：static 存儲類標識符應該用于具有內(nèi)部鏈接對象和函數(shù)的定義和聲明。

規(guī)則8.12（強制）：數(shù)組聲明為外部，應該明確聲明大小或者直接初始化確定。

初始化

規(guī)則9.1（強制）：所有變量在使用之前都應該賦值。

規(guī)則9.2（強制）：應該使用大括號一指示和匹配數(shù)組和結(jié)構(gòu)的非零初始化構(gòu)造。

規(guī)則9.3（強制）：在枚舉列表中，”=“不能顯式用于除首元素之外的元素上，除非所有的元素都是顯式初始化的。

數(shù)學類型轉(zhuǎn)換（隱式）

規(guī)則10.1（強制）：整型表達式不要隱式轉(zhuǎn)換為其他類型。

1）轉(zhuǎn)換到更大的整型。

2）表達式太復雜。

3）表達式不是常數(shù)是一個函數(shù)。

4）表達式不是一個常數(shù)是一個返回表達式。

規(guī)則10.2（強制）：浮點數(shù)表達式不要隱式轉(zhuǎn)換為其他類型。

1）轉(zhuǎn)換到更大的浮點數(shù)。

2）表達式太復雜。

3）表達式是一個函數(shù)。

4）表達式是一個返回表達式。

數(shù)學類型轉(zhuǎn)換（明確）

規(guī)則10.3（強制）：整型表達式的值只能轉(zhuǎn)換到更窄小且是同樣符號類型的表達式。

規(guī)則10.4（強制）：浮點表達式的值只能轉(zhuǎn)換到更窄小的浮點表達式。

規(guī)則10.5（強制）：如果位運算～和<<應用在基本類型為 unsigned char 或 unsigned short 的操作數(shù)，結(jié)果應該立即強制轉(zhuǎn)換為預期操作數(shù)的基本類型。例：

uint8_t a = 0x5a;uint8_t b;b = ((uint8_t)(~a))>>4;

數(shù)學類型轉(zhuǎn)換

規(guī)則10.6（強制）：所有的 unsigned 類型都應該有后綴 “U”。

規(guī)則11.1（強制）：指針不能轉(zhuǎn)換為函數(shù)或者整型以外的其他類型。

表達式

規(guī)則12.2（強制）：表達式的值應和標準允許的評估順序一致。例：

x=b[i] + i++;

不同的編譯器給出的結(jié)果不一樣，b[i] 是否先執(zhí)行？應：x=b[i]; i++; 比如：

x=func(i++,i);

規(guī)則12.3（強制）：sizeof 操作符不能用在包含邊界作用 (side effect) 的表達式上。例:

int32_t=i; int32_t=j; j=sizeof(i=1234);

表達式并沒有執(zhí)行，只是得到表達式類型int的size。

規(guī)則12.4（強制）：邏輯操作符 && 或者||右邊不能包含邊界作用 (side effect)。

例：

if(ishight) && (x== i++))

如果 ishight＝0 那么 i++ 不會評估

規(guī)則12.5（建議）：++ 和 - - 不能和其他表達式用在一個表達式中。

例：

u8a=++u8b + u8c–;

控制語句表達式

規(guī)則13.1（強制）：賦值語句不能用在一個產(chǎn)生布爾值的表達式中。

例：

if((x=y)!=0) … if (x=y) …

規(guī)則13.3（強制）：浮點表達式不應該測試其是否相等或者不相等。

規(guī)則13.4（強制）：for控制表達式中不要包含任何浮點類型。

規(guī)則13.6（強制）：數(shù)字變量作為for循環(huán)的循環(huán)計數(shù)不要在循環(huán)體內(nèi)部被修改。

例：

flag=1; for(i=0;(i<5)&&(flag==1);i++) {     flag=0;     i=i+3; }

控制流

規(guī)則14.1（強制）：不要有執(zhí)行不到的代碼。

例：

swich(event) {     case 0;      do_wakeup();     break;     do_more(); … }

規(guī)則14.4（強制) ：goto 語句不能使用。

規(guī)則14.5（強制）：continue 不能使用。

規(guī)則14.6（強制）：函數(shù)應在函數(shù)結(jié)束有一個出口。

規(guī)則14.7（強制）：witch、while do 、while for 語句體應是一個混合語句。

規(guī)則14.10（強制）：所有 if else if 結(jié)構(gòu)都應該由 else 結(jié)束。

switch(x) { uint8_t var; /* 違反*/ case 0:  … }

函數(shù)

規(guī)則16.2（強制）：函數(shù)不能直接或者間接的調(diào)用自己。

例：系統(tǒng)不能用遞歸，超出堆?？臻g很危險。

規(guī)則16.8（強制）：non-void 類型函數(shù)的所有出口路徑都應該有一個明確的 return 語句表達式。

指針和數(shù)組

規(guī)則17.1（強制）：指針的數(shù)學運算只能用在指向數(shù)組的地址上。

規(guī)則17.3（強制）：>，>=，<，<= 不能用在指針類型，除非指向同一個數(shù)組。

規(guī)則17.5（建議）：禁止使用 2 級以上指針。

結(jié)構(gòu)和聯(lián)合

規(guī)則18.4（強制）：禁止使用 union（共用體）。

預處理指令

規(guī)則19.1（建議）：#include 語句的前面只能有其他預處理指令和注釋。

規(guī)則19.2（建議）：#include 指令中的頭文件名稱不能包含非標準的字符。

規(guī)則19.5（強制）：宏不能在函數(shù)體內(nèi)定義。

規(guī)則19.8（強制）：類函數(shù)宏調(diào)用時不能沒有它的參數(shù)。

標準庫

規(guī)則20.1(強制）：標準庫中的保留標識符，宏和函數(shù)不能定義，重定義和undefined。

規(guī)則20.4（強制）：動態(tài)內(nèi)存分配不能使用。

例：不能使用malloc、calloc、free、realloc。

規(guī)則20.9（強制）：輸入輸出庫 (stdio.h) 不能用在產(chǎn)生嵌入式系統(tǒng)中。

規(guī)則20.12（強制）：時間處理函數(shù) time.h 不能使用。

運行時故障

規(guī)則21.1（強制）：通過使用以下手段確保把運行時故障最小化。

1）靜態(tài)分析工具/技術。

2）動態(tài)分析工具/技術。

3）編寫明確的代碼避免運行時錯誤。