嵌入式程序员应该知道的16个问题

【转】http://blog.csdn.net/seraphsky/archive/2008/04/02/2244920.aspx

5、数据声明（Data declarations） 
用变量a给出下面的定义

a) 一个整型数（An integer） 

b)一个指向整型数的指针（ A pointer to an integer） 

c)一个指向指针的的指针，它指向的指针是指向一个整型数（ A pointer to a pointer to an integers） 

d)一个有10个整型数的数组（ An array of 10 integers） 

e) 一个有10个指针的数组，该指针是指向一个整型数的。（An array of 10 pointers to  integers） 

f) 一个指向有10个整型数数组的指针（ A pointer to an array of 10 integers） 

g) 一个指向函数的指针，该函数有一个整型参数并返回一个整型数（A pointer to a function  that takes an integer as an argument and returns an integer） 

h) 一个有10个指针的数组，该指针指向一个函数，该函数有一个整型参数并返回一个整型数（ An array of ten pointers to functions that take an integer argument and return an integer ）

答案是： 

a) int a; // An integer 

b) int *a; // A pointer to an integer 

c) int **a; // A pointer to a pointer to an integer 

d) int a[10]; // An array of 10 integers 

e) int *a[10]; // An array of 10 pointers to integers 

f) int (*a)[10]; // A pointer to an array of 10 integers 

g) int (*a)(int); // A pointer to a function a that takes an integer argument and returns an integer  // 不是（int x），不需要具体的参数

h) int (*a[10])(int)（可以从e、g类比得到）; // An array of 10 pointers to  functions that take an integer argument and return an integer 

人们经常声称这里有几个问题是那种要翻一下书才能回答的问题，我同意这种说法。当我写这篇文章时，为了确定语法的正确性，我的确查了一下书。但是当我被面试的时候，我期望被问到这个问题（或者相近的问题）。因为在被面试的这段时间里，我确定我知道这个问题的答案。应试者如果不知道所有的答案（或至少大部分答案），那么也就没有为这次面试做准备，如果该面试者没有为这次面试做准备，那么他又能为什么做准备呢？



6、关键字static的作用是什么？
这个简单的问题很少有人能回答完全。在C语言中，关键字static有三个明显的作用：

1)在函数体内，一个被声明为静态的变量在这一函数被调用过程中维持其值不变（该变量存放在静态变量区）。

2) 在模块内（但在函数体外），一个被声明为静态的变量可以被模块内所用函数访问，但不能被模块外其它函数访问。它是一个本地的全局变量。

3) 在模块内，一个被声明为静态的函数只可被这一模块内的其它函数调用。那就是，这个函数被限制在声明它的模块的本地范围内使用。

大多数应试者能正确回答第一部分，一部分能正确回答第二部分，但是很少的人能懂得第三部分。这是一个应试者的严重的缺点，因为他显然不懂得本地化数据和代码范围的好处和重要性。



考点：在嵌入式系统中，要时刻懂得移植的重要性，程序可能是很多程序员共同协作同时完成，在定义变量及函数的过程，可能会重名，这给系统的集成带来麻烦，因此保证不冲突的办法是显示的表示此变量或者函数是本地的，static即可。

在Linux的模块编程中，这一条很明显，所有的函数和全局变量都要用static关键字声明，将其作用域限制在本模块内部，与其他模块共享的函数或者变量要EXPORT到内核中。



static关键字至少有下列n个作用：
（1）设置变量的存储域，函数体内static变量的作用范围为该函数体，不同于auto变量，该变量的内存只被分配一次，因此其值在下次调用时仍维持上次的值；

（2）限制变量的作用域，在模块内的static全局变量可以被模块内所用函数访问，但不能被模块外其它函数访问；

（3）限制函数的作用域，在模块内的static函数只可被这一模块内的其它函数调用，这个函数的使用范围被限制在声明它的模块内；
（4）在类中的static成员变量意味着它为该类的所有实例所共享，也就是说当某个类的实例修改了该静态成员变量，其修改值为该类的其它所有实例所见；
（5）在类中的static成员函数属于整个类所拥有，这个函数不接收this指针，因而只能访问类的static成员变量。



7、关键字const有什么含意？
我只要一听到被面试者说："const意味着常数"（不是常数，可以是变量，只是你不能修改它），我就知道我正在和一个业余者打交道。去年Dan Saks已经在他的文章里完全概括了const的所有用法，因此ESP(译者：Embedded Systems  Programming)的每一位读者应该非常熟悉const能做什么和不能做什么.如果你从没有读到那篇文章，只要能说出const意味着"只读"就可以了。尽管这个答案不是完全的答案，但我接受它作为一个正确的答案。（如果你想知道更详细的答案，仔细读一下Saks的文章吧。）

如果应试者能正确回答这个问题，我将问他一个附加的问题：下面的声明都是什么意思？

Const只是一个修饰符，不管怎么样a仍然是一个int型的变量

const int a;

int const a;

const int *a;

int * const a;

int const * a const;

本质：const在谁后面谁就不可修改，const在最前面则将其后移一位即可，二者等效



前两个的作用是一样，a是一个常整型数。第三个意味着a是一个指向常整型数的指针（也就是，指向的整型数是不可修改的，但指针可以，此最常见于函数的参数，当你只引用传进来指针所指向的值时应该加上const修饰符，程序中修改编译就不通过，可以减少程序的bug）。



第四个意思a是一个指向整型数的常指针（也就是说，指针指向的整型数是可以修改的，但指针是不可修改的）。最后一个意味着a是一个指向常整型数的常指针（也就是说，指针指向的整型数是不可修改的，同时指针也是不可修改的）。



如果应试者能正确回答这些问题，那么他就给我留下了一个好印象。顺带提一句，也许你可能会问，即使不用关键字 ，也还是能很容易写出功能正确的程序，那么我为什么还要如此看重关键字const呢？我也如下的几下理由：

1) 关键字const的作用是为给读你代码的人传达非常有用的信息，实际上，声明一个参数为常量是为了告诉了用户这个参数的应用目的。如果你曾花很多时间清理其它人留下的垃圾，你就会很快学会感谢这点多余的信息。（当然，懂得用const的程序员很少会留下的垃圾让别人来清理的。）

2) 通过给优化器一些附加的信息，使用关键字const也许能产生更紧凑的代码。

3) 合理地使用关键字const可以使编译器很自然地保护那些不希望被改变的参数，防止其被无意的代码修改。简而言之，这样可以减少bug的出现。



const关键字至少有下列n个作用：

（1）欲阻止一个变量被改变，可以使用const关键字。在定义该const变量时，通常需要对它进行初始化，因为以后就没有机会再去改变它了；
（2）对指针来说，可以指定指针本身为const，也可以指定指针所指的数据为const，或二者同时指定为const；
（3）在一个函数声明中，const可以修饰形参，表明它是一个输入参数，在函数内部不能改变其值；
（4）对于类的成员函数，若指定其为const类型，则表明其是一个常函数，不能修改类的成员变量；
（5）对于类的成员函数，有时候必须指定其返回值为const类型，以使得其返回值不为“左值”。例如：
const classA operator*(const classA& a1,const classA& a2);
　　operator*的返回结果必须是一个const对象。如果不是，这样的变态代码也不会编译出错：
classA a, b, c;
(a * b) = c; // 对a*b的结果赋值
　　操作(a * b) = c显然不符合编程者的初衷，也没有任何意义。



8、Volatile的使用
关键字volatile有什么含意?并给出三个不同的例子。

一个定义为volatile的变量是说这变量可能会被意想不到地改变，这样，编译器就不会去假设这个变量的值了。精确地说就是，优化器在用到这个变量时必须每次都小心地重新读取这个变量的值，而不是使用保存在寄存器里的备份（由于访问寄存器的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化）。下面是volatile变量的几个例子：

1) 并行设备的硬件寄存器（如：状态寄存器，通常在头文件中将硬件寄存器地址define为某个意义明确的表达式）

2) 一个中断服务子程序中会访问到的非自动变量(Non-automatic variables，即static变量) ；在中断服务程序中修改的供其他程序检测用的变量需要加volatile声明；否则编译器可能对变量更新一次后每次都使用缓存值不再立即更新；

3) 多线程应用中被几个任务共享的变量（可能被多个线程随时修改）



回答不出这个问题的人是不会被雇佣的。我认为这是区分C程序员和嵌入式系统程序员的最基本的问题。搞嵌入式的家伙们经常同硬件、中断、RTOS等等打交道，所有这些都要求用到volatile变量。不懂得volatile的内容将会带来灾难。假设被面试者正确地回答了这是问题（嗯，怀疑是否会是这样），我将稍微深究一下，看一下这家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。

1)一个参数既可以是const还可以是volatile吗？解释为什么。

2); 一个指针可以是volatile 吗？解释为什么。

3); 下面的函数有什么错误：

int square(volatile int *ptr)

{

return *ptr * *ptr;

}

下面是答案：

1)是的。一个例子是只读的状态寄存器。它是volatile因为它可能被意想不到地改变。它是const因为程序不应该试图去修改它。

2); 是的。尽管这并不很常见。一个例子是当一个中断服务子程序修改一个指向一个buffer的指针时。

3) 这段代码有点变态。这段代码的目的是用来返回指针*ptr指向值的平方，但是，由于*ptr指向一个volatile型参数，编译器将产生类似下面的代码：

int square(volatile int *ptr) 

{

int a,b;

a = *ptr;

b = *ptr;

return a * b;

}

由于*ptr的值可能被意想不到地该变，因此a和b可能是不同的。结果，这段代码可能返不是你所期望的平方值！正确的代码如下：

long square(volatile int *ptr) 

{

int a;

a = *ptr;

return a * a;

}



关于volatile关键字在中断函数中的影响实例



串口发送数据，中断中对其检测，当中断产生后，置接收标志，主循环中检测此主标志，未用valotile修饰时，编译结果如下：



   [0xe59f41bc]   ldr      r4，0x30203378 ; = #0x302096f0

0x302031b8 [0xe5d40000]   ldrb     r0，[r4，#0]

while(!uart1_rxFlag);  //uart1_rxFlag为全局变量，在串口接收中断中置1

0x302031bc [0xe3500000]   cmp      r0，#0

0x302031c0 [0x0afffffd]   beq      0x302031bc; (Can_Int_Test + 0x17c)

即编译器对其进行了优化，读取一次uart1_rxFlag的值之后，将其存放在寄存器r0中，比较后，条件不满足，继续等待，但未重新取存储器中uart1_rxFlag的值，此时即使中断服务函数中修改了uart1_rxFlag的值，比较处仍然不能发现，就出现了无论如何程序就停在此处的问题。



// 加了volatile关键字后，编译的结果

302031b4  ldr      r4，0x30203378 ; = #0x302096f0

    while(uart1_rxFlag == 0);

302031b8 [0xe5d40000]   ldrb     r0，[r4，#0]

302031bc [0xe3500000]   cmp      r0，#0

302031c0 [0x0afffffc]   beq      0x302031b8  ; (Can_Int_Test + 0x288)

添加了关键字后，比较不等，跳转到重新取存储器中的uart1_rxFlag，因此任何时候uart1_rxFlag的值都是最新的。

一定程度的优化，去掉了读取uart1_rxFlag地址的语句。



     定义一个易失性变量，编译器有一种技术叫数据流分析，分析程序中的变量在哪里被赋值、在哪里使用、在哪里失效，分析结果可以用于常量合并，常量传播等优化。当编译器检查到代码没有修改字段的值，就有可能在你访问字段时提供上次访问的缓存值，这能够提高程序的效率，但有时这些优化会带来问题，不是我们程序所需要的，特点是对硬件寄存器操作的程序，这时可以用volatile关键字禁止做这些优化。

 

多任务环境下各任务间共享的标志应该加voatile关键字：在多线程访问某字段时，代码希望这些访问能够操作（读取）到字段的最新值，同时写到变量的操作能立即更新；对字段加上volatile关键字，那么对该字段的任何请求（读/写）都会立刻得到执行。