物联网开发必备C语言技巧【彩民之家论坛90667

2019-10-11 05:35 来源:未知

技巧 10:优秀的程序员编写的代码行数不一定少

微处理器的自然语言为汇编语言指令。为低级别机器语言编程可能会为处理器提供更高效的代码。然而,人类并不是天生就会这种语言,并且经验表明,编写汇编语言会造成误解。误解会导致维护不当,更甚者,可能会使系统到处是bug.一般建议避免使用汇编语言。实际上,现在大多数编译器都能编译出非常高效的代码。采用C语言或C 语言等高级语言的开发,能获得更有序的结构,便于理解和维护,使代码的整体效果更好。列表7给出了一个示例,比较了使一个32位变量递增所使用的汇编代码和C语言代码。

  而这篇博客我们将讲解汇编和机器代码的关系。首先下面一张图是C语言、汇编语言以及翻译过的机器语言,大家可以先有个大概的眼熟。

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编程语言终究开始引入了函数的概念,即允许程序对代码进行断行。如果已经完成,不再使用goto语句来表示代码的断行。函数调用后,函数将回到下一条指令。列表2为示例。这一做法改善了程序结构,提高了可读性。自此,这被视为编写程序的正确方法。只要看到或想到goto语句,就会让软件工程师退缩,产生本能的厌恶。其中一个主要的原因是,一个遍布goto语句的程序会让让人很难抓住重心,不便于对程序的理解和维护。

2、汇编语言

  汇编语言的主体是汇编指令。汇编指令和机器指令的差别在于指令的表示方法上,汇编指令是机器指令便于记忆的书写格式

  比如下面将寄存器 BX 的内容发送到 AX 上:

操作:寄存器BX的内容送到AX中

1000100111011000              机器指令

mov ax,bx                    汇编指令

  我们能很明显的从上面两条指令看出区别,汇编指令相对于机器指令是很容易记住的。

  可能有人会问,我们用汇编语言编写程序,可是计算机只认识机器指令,那该怎么办?这时候就需要一个能将汇编语言转换成机器指令的工具,我们称其为编译器。程序员用汇编语言写出源代码,再用汇编编译器将其编译为机器码,最后由计算机执行。

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  汇编语言是直接面向处理器(Processor)的程序设计语言。处理器是在指令的控制下工作的,处理器可以识别的每一条指令称为机器指令。每一种处理器都有自己可以识别的一整套指令,称为指令集。处理器执行指令时,根据不同的指令采取不同的动作,完成不同的功能,既可以改变自己内部的工作状态,也能控制其它外围电路的工作状态。

   汇编语言的另一个特点就是它所操作的对象不是具体的数据,而是寄存器或者存储器,也就是说它是直接和寄存器和存储器打交道,这也是为什么汇编语言的执行速度要比其它语言快,但同时这也使编程更加复杂,因为既然数据是存放在寄存器或存储器中,那么必然就存在着寻址方式,也就是用什么方法找到所需要的数据。例如上面的例子,我们就不能像高级语言一样直接使用数据,而是先要从相应的寄存器AX、BX 中把数据取出。这也就增加了编程的复杂性,因为在高级语言中寻址这部分工作是由编译系统来完成的,而在汇编语言中是由程序员自己来完成的,这无异增加了编程的复杂程度和程序的可读性。

   再者,汇编语言指令是机器指令的一种符号表示,而不同类型的CPU 有不同的机器指令系统,也就有不同的汇编语言,所以,汇编语言程序与机器有着密切的关系。所以,除了同系列、不同型号CPU 之间的汇编语言程序有一定程度的可移植性之外,其它不同类型(如:小型机和微机等)CPU 之间的汇编语言程序是无法移植的,也就是说,汇编语言程序的通用性和可移植性要比高级语言程序低。

  总结起来就是三个特点:机器相关性、高速度和高效率、编写和调试复杂(相对于高级语言)。

 

编写易于理解和维护的较大软件有许多障碍,其中之一就是变量的命名习惯。为了尽力缩短变量名,开发者通常会自创一些较短的、令人费解的助记符,往往只有他们自己才能明白的符号。现代语言使一个变量名可以包含数百个字符。为了让事情清晰明确,“直截了当”地方法要好于其它方式。因此,变量名一目了然不仅有利于开发人员,也有利于未来的维护团队。列表8给出一个示例。

6:使用描述式变量名称

4、总结

  首先我要说明的是,我们不需要学会如何用机器语言,汇编语言来进行编程,毕竟我们不是计算机生产厂家的专业人员。我们所要知道的是如何看懂汇编语言就行了。因为在我们所编写的高级语言,被翻译成汇编语言时,编译器会自动进行一些优化处理,而这些处理如果我们不知道,就会造成程序上的错误,具体实例后面会详细讲到。

  下一篇博客我们将讲解一个简单的汇编程序实例。

 

  

列表2 用函数控制流程

如果goto语句已经过时,那么对程序创建无限循环应该如何去做呢,这是一些硬件工程师可能会疑惑的问题。毕竟,之前都是通过创建一个goto语句然后再返回到main语句。解决这一问题就要利用C语言中已经存在的循环语句for和while(列表3和4)。

  《深入理解计算机系统》第三章——程序的机器级表示。作者首先讲解了汇编代码和机器代码的关系,阐述了汇编承上启下的作用;接着从机器语言IA32着手,分别讲述了如何存储数据、如何访问数据、如何完成运算以及如何进行跳转。通过这些步骤,又告诉了我们分支语句、循环语句是怎么完成的,函数调用、栈帧结构以及递归过程。最后能通过编译器产生的汇编代码表示,我们要了解编译器和它的优化能力,知道编译器能为我们完成哪些工作。

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一般情况下,当弹出一个奇怪的编译错误对话框时,要查看该行前已被编译的内容。很有可能就是错误所在!它可能是出现在一行上面,或中间部分,或在完全不同的文件里。

   上图引用至:

技巧 6:写千层饼式代码而非面条式代码

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硬件

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3、高级语言

   前面的机器语言和汇编语言我们都有一定了了解了,汇编语言也是和机器语言一样,都是直接对硬件进行操作,但是汇编语言指令采用了英文缩写的标识符,更容易识别和记忆。但是说起来更容易识别和记忆,也只是相对于机器语言而言的。在实际编程中,汇编语言源程序也是十分复杂和冗长的,这时候高级语言产生了。

  高级语言并不是指一种语言,而是包括很多编程语言,比如Java、C、C 、C#、python等等,是高度封装的编程语言。高级语言与计算机的硬件结构和指令系统无关,它有更强的表达能力,可方便地表示数据的运算和程序的控制结构,能更好的描述各种算法,而且容易学习掌握。但高级语言编译生成的程序代码一般比用汇编程序语言设计的程序代码要长,执行的速度也慢。

  从最开始我们给出的一张图也可以看出,C语言写出的短短几行代码,翻译成汇编语言会多很多,更不用说变成机器语言了。

 

4.数据结构与算法

列表1 使用GOTO语句

1、机器语言

  这系列博客第一篇 Hello World是如何运行的  我们就详细讲解了程序的编译,一个C语言程序是经过编译器变成汇编程序,然后通过汇编器变成机器代码,最后被计算机执行。

  计算机是不能直接识别我们所编写的C程序或者Java程序的。它只能识别机器语言,而机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别和执行的一种机器指指令系统令的集合。

  早期计算机就是指可以执行机器指令,进行运算的机器。在我们常用的PC机中,有一个芯片,就是我们常说的CPU(Central Processing Unit,中央处理单元)可以完成前面所说的计算机的功能,但是每一种这样的微处理器(CPU)由于硬件设计和内部结构的不同,就需要用不同的电平脉冲来控制,使它工作。所以每一种微处理器都有自己的机器指令集,也就是机器语言。

  早期的程序设计均使用机器语言。程序员们将用0, 1数字编成的程序代码打在纸带或卡片上,1打孔,0不打孔,再将程序通过纸带机或卡片机输入计算机,进行运算。

  用机器语言编写程序,编程人员要首先熟记所用计算机的全部指令代码和代码的涵义。手编程序时,程序员得自己处理每条指令和每一数据的存储分配和输入输出,还得记住编程过程中每步所使用的工作单元处在何种状态。这是一件十分繁琐的工作。编写程序花费的时间往往是实际运行时间的几十倍或几百倍,而且,编出的程序全是些0和1的指令代码,直观性差,还容易出错。

  那么该怎么办呢?这时候汇编语言便产生了。

  需要注意的是现在除了计算机生产厂家的专业人员外,一般是不需要学习机器语言了。

 

C语言中有一种特殊的#pragma语句。这些语句通常处理非标准的句法和特性,应尽可能避免使用这种语句,因为它们是非标准的,不能从一个处理器移植到另一个处理器。有些编译器可能要求用这类语句完成某项任务,例如定义一个中断服务程序。在这种情况下,可能除了使用#pragma语句以外别无它法。如果可能,将所有的#pragma语句放在一个模块或几个模块里。这有助于确保在代码移植时,只需要更新几处代码,而非整个代码库;此外,这也将有助于防止移植代码的首次编译所带来的困扰。

列表8 变量的命名

1.开发环境搭建

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5..Net全套教程

在物联网开发中,C语言基础性错误的不断发生,会导致某些缺陷的产生并造成维护方面的困扰。为竭力避免这些C编程陷阱,这里有10个C语言技巧供工程师参考。

人们常有这种误解,即认为较一般的程序员而言,一个优秀的程序员往往写较少的代码行就能解决问题。不要卷入这一错误的想法!一个优秀的程序员通常具备思维缜密、结构清晰的编码基础。变量命名和封装都恰如其分,系统中几乎不用全局变量。函数应保持简短有效。如果代码看起来很混乱,需要多写几行才能使其看上去更清晰,那就不妨多写几行!可以上网查看获得C代码编写最混乱殊荣奖项的代码用作前车之鉴。优秀程序员写的代码简洁、易于理解和维护,代码行数并非最少!

二十几年前,当计算机编程尚处于起步阶段时,程序流程是由“GOTO”语句来控制。该类语句允许程序员对当前代码行断行,而直接进入另一个不同的代码段。列表1为简单的示例。

驱动程序配置

列表6 使用Switch语句

列表中的循环条件相对比较简单。for循环无非是以无条件情况使用条件语句。而另一方面,while循环是语句为真即予执行,这等同对任何条件的非零值。

4:避免使用汇编语言

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硬件设计师最常见的工作内容是通过写代码来测试硬件。这10个C语言技巧(C语言仍然是常见的选择)可以帮助设计师避免因基础性错误而导致某些缺陷的产生并造成维护方面的困扰。

编写易于理解和维护的较大软件有许多障碍,其中之一就是变量的命名习惯。为了尽力缩短变量名,开发者通常会自创一些较短的、令人费解的助记符,往往只有他们自己才能明白的符号。现代语言使一个变量名可以包含数百个字符。为了让事情清晰明确,“直截了当”地方法要好于其它方式。因此,变量名一目了然不仅有利于开发人员,也有利于未来的维护团队。列表8给出一个示例。

不要放弃!只要具备一定的经验,解决这些疑难问题就会成为一种第二天性。

2:使用FOR(;;)或While(1)

除代码的可读性之外,程序的执行时间还主要依赖于做决定时所选择的条件结构类型。许多硬件工程师都熟悉简单的if语句的使用。然而,有时工程师可能没有意识到,如果第一个条件不正确,还可以使用else或else if语句。这可以节省处理器时间,而不必评估另一个条件语句。在列表5所示的前半部分代码中,如果Var值为1,则代码仍会查看Var是否为0。而在用了else语句的后半部分代码中,只评估第一个语句,之后就继续走下面的代码,这样就节省了时钟周期,使代码更加清晰。

列表3 使用一个无限的For循环

教程内容包括

7:少用#pragma语句

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列表5 用If/Else替代只用If

8:错误往往并不是看上去那样简单

驱动程序库

这可能是你最先学会的C语言算法(一)

应用程序配置

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编程语言终究开始引入了函数的概念,即允许程序对代码进行断行。如果已经完成,不再使用goto语句来表示代码的断行。函数调用后,函数将回到下一条指令。列表2为示例。这一做法改善了程序结构,提高了可读性。自此,这被视为编写程序的正确方法。只要看到或想到goto语句,就会让软件工程师退缩,产生本能的厌恶。其中一个主要的原因是,一个遍布goto语句的程序会让让人很难抓住重心,不便于对程序的理解和维护。

在调试一个C程序时,有一个让人当心的陷阱就是编译器错误。由于编译器的复杂性,当检测到一个错误时,通常错误位于程序中的其它地方,而非编译器所指示的位置。这主要与编译器生成程序的步骤有关。错误类型通常是一致的,工程师可以发现的一些错误中,90%都是根源:

7.项目实操

笔者最常见的经历是着手由硬件工程师开启的一个新项目往往是杂乱无章的代码组织。通常我们会发现,代码由一个单一的主模块组成,其中有2.5万多行代码。在这些应用中,一切都是全局性的,函数寥寥无几,goto语句贯穿整个代码结构。15年前这算正常,但如今已不再适用了!C语言编程使工程师能够将代码分成独立的功能模块,这简化了代码导航,同时还能够使工程师使用封装等面向对象技术。代码可以被组织成逻辑模块,这很有意义。虽然可能要先花点时间(几分钟),但从长远来看,这将能省掉很多漫长之夜,和很多调试之苦!

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2.C语言教程

*当心漏掉#include文件。这可能会使程序开发人员看到完美的代码行,但由于未包含必要的头文件,编译器便会将其标志为一个错误,表示有些东西未定义。

技巧 5:充分利用模块化

3:使用合适的条件语句

二十几年前,当计算机编程尚处于起步阶段时,程序流程是由“GOTO”语句来控制。该类语句允许程序员对当前代码行断行,而直接进入另一个不同的代码段。列表1为简单的示例。

*当心漏掉括号。漏写括号是代码编写过程中又一常犯的错误,或是粗心漏掉,或是由于键入错误而产生一个错误字符。

技巧 2:使用FOR或While

C语言中有一种特殊的#pragma语句。这些语句通常处理非标准的句法和特性,应尽可能避免使用这种语句,因为它们是非标准的,不能从一个处理器移植到另一个处理器。有些编译器可能要求用这类语句完成某项任务,例如定义一个中断服务程序。在这种情况下,可能除了使用#pragma语句以外别无它法。如果可能,将所有的#pragma语句放在一个模块或几个模块里。这有助于确保在代码移植时,只需要更新几处代码,而非整个代码库;此外,这也将有助于防止移植代码的首次编译所带来的困扰。

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进入物联网行业必看的5本书

在调试一个C程序时,有一个让人当心的陷阱就是编译器错误。由于编译器的复杂性,当检测到一个错误时,通常错误位于程序中的其它地方,而非编译器所指示的位置。这主要与编译器生成程序的步骤有关。错误类型通常是一致的,工程师可以发现的一些错误中,90%都是根源:

列表7 用汇编和C语言完成一个变量的递增

图1 千层饼软件模型

C代码

技巧 8:少用#pragma语句

*当心漏掉逗号。在复杂的定义中很容易忘记逗号!

列表6 使用Switch语句

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列表3 使用一个无限的For循环

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技巧 4:避免使用汇编语言

列表5 用If/Else替代只用If

If/else if/else语句可能并不永远适用。如果需要检查若干个可能的条件,switch语句可能更合适。这样,处理器可以评估语句,然后从一个答案列表中选择下一步动作,而不用连续地评估一堆条件。列表6显示的例子与列表5示例的类型相同。

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•当心漏掉括号。漏写括号是代码编写过程中又一常犯的错误,或是粗心漏掉,或是由于键入错误而产生一个错误字符。

当然,现在仍有一些场合适于使用汇编语言,但这种场合仍比较少。首个推荐的场合是开发引导装载程序。这种情况下,可能需要优化对启动过程中某个决策(启动应用或引导加载器)的速度。此时,分支判定用汇编代码就可能有意义了。另一种场合是开发一种在DSP上运行有严格时序要求的控制循环。为了从设备中的得到每个时钟周期,用汇编语言做控制循环的编码是有意义的。如果目前任务适合用汇编,应确保将其妥善存档便于有据可查,这样,未来的开发者(或未来的版本)会明白该代码的用途。

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汇编

3.C 教程

If/else if/else语句可能并不永远适用。如果需要检查若干个可能的条件,switch语句可能更合适。这样,处理器可以评估语句,然后从一个答案列表中选择下一步动作,而不用连续地评估一堆条件。列表6显示的例子与列表5示例的类型相同。

另一种就是意大利千层饼!这种面食是分层的,是有结构的。分层开发的代码不仅更容易理解,还可以移走一层并添加一个新层,基本上能够实现重复使用和维护的简易性。图1为用千层饼式代码模型的一个简单软件模块示例。

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5:充分利用模块化

技巧 9:错误往往并不是看上去那样简单

*当心漏掉分号。编写C代码时最常见的错误是忘记在句末加分号。

Beningo是一个意大利名字,和许多意大利人一样,我对意大利面食也是毫无保留地热爱。当拿意大利面食与软件相比时,我就会想到两种面食,即意大利面条和千层饼。意大利面条比较混乱,面条相互交织,纵横交错,结果完全没有任何类型的结构。编写非结构化代码就非常像意大利面条:咬一口,完全不知道吃的是哪部分。

列表4 使用一个无限的While循环

技巧 1:不要使用“GOTO”语句

以上示例的寓意是,让条件语句的选择更开放,以选择出最适合的语句。这种做法使程序结构更简单,便于理解程序流程,缩短处理器的额外时钟周期。

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列表4 使用一个无限的While循环

列表中的循环条件相对比较简单。for循环无非是以无条件情况使用条件语句。而另一方面,while循环是语句为真即予执行,这等同对任何条件的非零值。

•当心漏掉#include文件。这可能会使程序开发人员看到完美的代码行,但由于未包含必要的头文件,编译器便会将其标志为一个错误,表示有些东西未定义。

推荐阅读:一张图带你看懂物联网

技巧 7:使用描述式变量名称

1:不要使用“GOTO”语句

当然,现在仍有一些场合适于使用汇编语言,但这种场合仍比较少。首个推荐的场合是开发引导装载程序。这种情况下,可能需要优化对启动过程中某个决策(启动应用或引导加载器)的速度。此时,分支判定用汇编代码就可能有意义了。另一种场合是开发一种在DSP上运行有严格时序要求的控制循环。为了从设备中的得到每个时钟周期,用汇编语言做控制循环的编码是有意义的。如果目前任务适合用汇编,应确保将其妥善存档便于有据可查,这样,未来的开发者会明白该代码的用途。

不要放弃!只要具备一定的经验,解决这些疑难问题就会成为一种第二天性。

一般情况下,当弹出一个奇怪的编译错误对话框时,要查看该行前已被编译的内容。很有可能就是错误所在!它可能是出现在一行上面,或中间部分,或在完全不同的文件里。

除代码的可读性之外,程序的执行时间还主要依赖于做决定时所选择的条件结构类型。许多硬件工程师都熟悉简单的if语句的使用。然而,有时工程师可能没有意识到,如果第一个条件不正确,还可以使用else或else if语句。这可以节省处理器时间,而不必评估另一个条件语句。在列表5所示的前半部分代码中,如果Var值为1,则代码仍会查看Var是否为0。而在用了else语句的后半部分代码中,只评估第一个语句,之后就继续走下面的代码,这样就节省了时钟周期,使代码更加清晰。

列表7 用汇编和C语言完成一个变量的递增

列表2 用函数控制流程

列表1 使用GOTO语句

笔者最常见的经历是着手由硬件工程师开启的一个新项目往往是杂乱无章的代码组织。通常我们会发现,代码由一个单一的主模块组成,其中有2.5万多行代码。在这些应用中,一切都是全局性的,函数寥寥无几,goto语句贯穿整个代码结构。15年前这算正常,但如今已不再适用了!C语言编程使工程师能够将代码分成独立的功能模块,这简化了代码导航,同时还能够使工程师使用封装等面向对象技术。代码可以被组织成逻辑模块,这很有意义。虽然可能要先花点时间,但从长远来看,这将能省掉很多漫长之夜,和很多调试之苦!

以上示例的寓意是,让条件语句的选择更开放,以选择出最适合的语句。这种做法使程序结构更简单,便于理解程序流程,缩短处理器的额外时钟周期。

•当心漏掉逗号。在复杂的定义中很容易忘记逗号!

如果goto语句已经过时,那么对程序创建无限循环应该如何去做呢,这是一些硬件工程师可能会疑惑的问题。毕竟,之前都是通过创建一个goto语句然后再返回到main语句。解决这一问题就要利用C语言中已经存在的循环语句for和while。

技巧 3:使用合适的条件语句

应用程序

汇编C代码

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列表8 变量的命名

6.C Primer教程

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•当心漏掉分号。编写C代码时最常见的错误是忘记在句末加分号。

微处理器的自然语言为汇编语言指令。为低级别机器语言编程可能会为处理器提供更高效的代码。然而,人类并不是天生就会这种语言,并且经验表明,编写汇编语言会造成误解。误解会导致维护不当,更甚者,可能会使系统到处是bug。一般建议避免使用汇编语言。实际上,现在大多数编译器都能编译出非常高效的代码。采用C语言或C 语言等高级语言的开发,能获得更有序的结构,便于理解和维护,使代码的整体效果更好。列表7给出了一个示例,比较了使一个32位变量递增所使用的汇编代码和C语言代码。

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