想成为嵌入式程序员应知道的16个基本问题.docx
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想成为嵌入式程序员应知道的16个基本问题
C语言测试是招聘嵌入式系统程序员过程中必须而且有效的方法。
这些年，我既参加也组织了许多这种测试，在这过程中我意识到这些测试能为面试者和被面试者提供许多有用信息，此外，撇开面试的压力不谈，这种测试也是相当有趣的。
从被面试者的角度来讲，你能了解许多关于出题者或监考者的情况。
这个测试只是出题者为显示其对ANSI标准细节的知识而不是技术技巧而设计吗？
这是个愚蠢的问题吗？
如要你答出某个字符的ASCII值。
这些问题着重考察你的系统调用和内存分配策略方面的能力吗？
这标志着出题者也许花时间在微机上而不是在嵌入式系统上。
如果上述任何问题的答案是"是"的话，那么我知道我得认真考虑我是否应该去做这份工作。
从面试者的角度来讲，一个测试也许能从多方面揭示应试者的素质：
最基本的，你能了解应试者C语言的水平。
不管怎么样，看一下这人如何回答他不会的问题也是满有趣。
应试者是以好的直觉做出明智的选择，还是只是瞎蒙呢？
当应试者在某个问题上卡住时是找借口呢，还是表现出对问题的真正的好奇心，把这看成学习的机会呢？
我发现这些信息与他们的测试成绩一样有用。
有了这些想法，我决定出一些真正针对嵌入式系统的考题，希望这些令人头痛的考题能给正在找工作的人一点帮助。
这些问题都是我这些年实际碰到的。
其中有些题很难，但它们应该都能给你一点启迪。
这个测试适于不同水平的应试者，大多数初级水平的应试者的成绩会很差，经验丰富的程序员应该有很好的成绩。
为了让你能自己决定某些问题的偏好，每个问题没有分配分数，如果选择这些考题为你所用，请自行按你的意思分配分数。
预处理器（Preprocessor）
1.用预处理指令#define声明一个常数，用以表明1年中有多少秒（忽略闰年问题）
#defineSECONDS_PER_YEAR（60*60*24*365）UL
我在这想看到几件事情：
1）#define语法的基本知识（例如：
不能以分号结束，括号的使用，等等）
2）懂得预处理器将为你计算常数表达式的值，因此，直接写出你是如何计算一年中有多少秒而不是计算出实际的值，是更清晰而没有代价的。
3）意识到这个表达式将使一个16位机的整型数溢出-因此要用到长整型符号L,告诉编译器这个常数是的长整型数。
4）如果你在你的表达式中用到UL（表示无符号长整型），那么你有了一个好的起点。
记住，第一印象很重要。
2.写一个"标准"宏MIN，这个宏输入两个参数并返回较小的一个。
#defineMIN（A,B）（（A）6）?
puts（">6"）:
puts（"6"。
原因是当表达式中存在有符号类型和无符号类型时所有的操作数都自动转换为无符号类型。
因此-20变成了一个非常大的正整数，所以该表达式计算出的结果大于6。
这一点对于应当频繁用到无符号数据类型的嵌入式系统来说是丰常重要的。
如果你答错了这个问题，你也就到了得不到这份工作的边缘。
13.评价下面的代码片断：
unsignedintzero=0;
unsignedintcompzero=0xFFFF;
/*1’scomplementofzero*/
对于一个int型不是16位的处理器为说，上面的代码是不正确的。
应编写如下：
unsignedintcompzero=~0;
这一问题真正能揭露出应试者是否懂得处理器字长的重要性。
在我的经验里，好的嵌入式程序员非常准确地明白硬件的细节和它的局限，然而PC机程序往往把硬件作为一个无法避免的烦恼。
到了这个阶段，应试者或者完全垂头丧气了或者信心满满志在必得。
如果显然应试者不是很好，那么这个测试就在这里结束了。
但如果显然应试者做得不错，那么我就扔出下面的追加问题，这些问题是比较难的，我想仅仅非常优秀的应试者能做得不错。
提出这些问题，我希望更多看到应试者应付问题的方法，而不是答案。
不管如何，你就当是这个娱乐吧...
动态内存分配（Dynamicmemoryallocation）
14.尽管不像非嵌入式计算机那么常见，嵌入式系统还是有从堆（heap）中动态分配内存的过程的。
那么嵌入式系统中，动态分配内存可能发生的问题是什么？
这里，我期望应试者能提到内存碎片，碎片收集的问题，变量的持行时间等等。
这个主题已经在ESP杂志中被广泛地讨论过了（主要是P.J.Plauger,他的解释远远超过我这里能提到的任何解释），所有回过头看一下这些杂志吧！
让应试者进入一种虚假的安全感觉后，我拿出这么一个小节目：
下面的代码片段的输出是什么，为什么？
char*ptr;
if（（ptr=（char*）malloc（0））==NULL）
puts（"Gotanullpointer"）;
else
puts（"Gotavalidpointer"）;
这是一个有趣的问题。
最近在我的一个同事不经意把0值传给了函数malloc，得到了一个合法的指针之后，我才想到这个问题。
这就是上面的代码，该代码的输出是"Gotavalidpointer"。
我用这个来开始讨论这样的一问题，看看被面试者是否想到库例程这样做是正确。
得到正确的答案固然重要，但解决问题的方法和你做决定的基本原理更重要些。
Typedef
15Typedef在C语言中频繁用以声明一个已经存在的数据类型的同义字。
也可以用预处理器做类似的事。
例如，思考一下下面的例子：
#definedPSstructs*
typedefstructs*tPS;
以上两种情况的意图都是要定义dPS和tPS作为一个指向结构s指针。
哪种方法更好呢？
（如果有的话）为什么？
这是一个非常微妙的问题，任何人答对这个问题（正当的原因）是应当被恭喜的。
答案是：
typedef更好。
思考下面的例子：
dPSp1,p2;
tPSp3,p4;
第一个扩展为
structs*p1,p2;
.
上面的代码定义p1为一个指向结构的指，p2为一个实际的结构，这也许不是你想要的。
第二个例子正确地定义了p3和p4两个指针。
晦涩的语法
16.C语言同意一些令人震惊的结构,下面的结构是合法的吗，如果是它做些什么？
inta=5,b=7,c;
c=a+++b;
这个问题将做为这个测验的一个愉快的结尾。
不管你相不相信，上面的例子是完全合乎语法的。
问题是编译器如何处理它？
水平不高的编译作者实际上会争论这个问题，根据最处理原则，编译器应当能处理尽可能所有合法的用法。
因此，上面的代码被处理成：
c=a+++b;
因此,这段代码持行后a=6,b=7,c=12。
如果你知道答案，或猜出正确答案，做得好。
如果你不知道答案，我也不把这个当作问题。
我发现这个问题的最大好处是这是一个关于代码编写风格，代码的可读性，代码的可修改性的好的话题。
好了，伙计们，你现在已经做完所有的测试了。
这就是我出的C语言测试题，我怀着愉快的心情写完它，希望你以同样的心情读完它。
如果是认为这是一个好的测试，那么尽量都用到你的找工作的过程中去吧。
天知道也许过个一两年，我就不做现在的工作，也需要找一个。
参考文献
1）Jones,Nigel,"InPraiseofthe#errordirective,"EmbeddedSystemsProgramming,September1ArrayArrayArray,p.114.
2）Jones,Nigel,"EfficientCCodeforEight-bitMCUs,"EmbeddedSystemsProgramming,November1ArrayArray8,p.66.
如何优化C语言代码（程序员必读）
AlexanderWu发表于20062月,1112:
37[C资料库]
1、选择合适的算法和数据结构
应该熟悉算法语言，知道各种算法的优缺点，具体资料请参见相应的参考资料，有
很多计算机书籍上都有介绍。
将比较慢的顺序查找法用较快的二分查找或乱序查找
法代替，插入排序或冒泡排序法用快速排序、合并排序或根排序代替，都可以大大
提高程序执行的效率。
.选择一种合适的数据结构也很重要，比如你在一堆随机存
放的数中使用了大量的插入和删除指令，那使用链表要快得多。
数组与指针语句具有十分密码的关系，一般来说，指针比较灵活简洁，而数组则比
较直观，容易理解。
对于大部分的编译器，使用指针比使用数组生成的代码更短，
执行效率更高。
但是在Keil中则相反，使用数组比使用的指针生成的代码更短。
。
3、使用尽量小的数据类型
能够使用字符型（char）定义的变量，就不要使用整型（int）变量来定义；能够使用
整型变量定义的变量就不要用长整型（longint），能不使用浮点型（float）变量就
不要使用浮点型变量。
当然，在定义变量后不要超过变量的作用范围，如果超过变
量的范围赋值，C编译器并不报错，但程序运行结果却错了，而且这样的错误很难
发现。
在ICCAVR中，可以在Options中设定使用printf参数，尽量使用基本型参数（%c、
%d、%x、%X、%u和%s格式说明符），少用长整型参数（%ld、%lu、%lx和%lX格式说明
符），至于浮点型的参数（%f）则尽量不要使用，其它C编译器也一样。
在其它条件不
变的情况下，使用%f参数，会使生成的代码的数量增加很多，执行速度降低。
4、使用自加、自减指令
通常使用自加、自减指令和复合赋值表达式（如a-=1及a+=1等）都能够生成高质量的
程序代码，编译器通常都能够生成inc和dec之类的指令，而使用a=a+1或a=a-1之类
的指令，有很多C编译器都会生成二到三个字节的指令。
在AVR单片适用的ICCAVR、
GCCAVR、IAR等C编译器以上几种书写方式生成的代码是一样的，也能够生成高质量
的inc和dec之类的的代码。
5、减少运算的强度
可以使用运算量小但功能相同的表达式替换原来复杂的的表达式。
如下：
（1）、求余运算。
a=a%8;
可以改为：
a=a&7;
说明：
位操作只需一个指令周期即可完成，而大部分的C编译器的“%”运算均是调
用子程序来完成，代码长、执行速度慢。
通常，只要求是求2n方的余数，均可使用
位操作的方法来代替。
（2）、平方运算
a=pow（a,2.0）;
可以改为：
a=a*a;
说明：
在有内置硬件乘法器的单片机中（如51系列），乘法运算比求平方运算快得多
，因为浮点数的求平方是通过调用子程序来实现的，在自带硬件乘法器的AVR单片
机中，如ATMega163中，乘法运算只需2个时钟周期就可以完成。
既使是在没有内置
硬件乘法器的AVR单片机中，乘法运算的子程序比平方运算的子程序代码短，执行
速度快。
如果是求3次方，如：
a=pow（a,3.0）;
更改为：
a=a*a*a；
则效率的改善更明显。
（3）、用移位实现乘除法运算
a=a*4;
b=b/4;
可以改为：
a=a>2;
说明：
通常如果需要乘以或除以2n，都可以用移位的方法代替。
在ICCAVR中，如果
乘以2n，都可以生成左移的代码，而乘以其它的整数或除以任何数，均调用乘除法
子程序。
用移位的方法得到代码比调用乘除法子程序生成的代码效率高。
实际上，
只要是乘以或除以一个整数，均可以用移位的方法得到结果，如：
a=a*Array
可以改为：
a=（a0;i--）
;
}
两个函数的延时效果相似，但几乎所有的C编译对后一种函数生成的代码均比前一
种代码少1~3个字节，因为几乎所有的MCU均有为0转移的指令，采用后一种方式能
够生成这类指令。
在使用while循环时也一样，使用自减指令控制循环会比使用自加指令控制循环生
成的代码更少1~3个字母。
但是在循环中有通过循环变量“i”读写数组的指令时，使用预减循环时有可能使
数组超界，要引起注意。
（3）while循环和do…while循环
用while循环时有以下两种循环形式：
unsignedinti;
i=0;
while（i0）;
在这两种循环中，使用do…while循环编译后生成的代码的长度短于while循环。
7、查表
在程序中一般不进行非常复杂的运算，如浮点数的乘除及开方等，以及一些复杂的
数学模型的插补运算，对这些即消耗时间又消费资源的运算，应尽量使用查表的方
式，并且将数据表置于程序存储区。
如果直接生成所需的表比较困难，也尽量在启
了，减少了程序执行过程中重复计算的工作量。
8、其它
比如使用在线汇编及将字符串和一些常量保存在程序存储器中，均有利于优化
--C语言的文件操作
文件的基本概念
所谓“文件”是指一组相关数据的有序集合。
这个数据集有一个名称，叫做文件名。
实际上在前面的各章中我们已经多次使用了文件，例如源程序文件、目标文件、可执行文件、库文件（头文件）等。
文件通常是驻留在外部介质（如磁盘等）上的，在使用时才调入内存中来。
从不同的角度可对文件作不同的分类。
从用户的角度看，文件可分为普通文件和设备文件两种。
普通文件是指驻留在磁盘或其它外部介质上的一个有序数据集，可以是源文件、目标文件、可执行程序；也可以是一组待输入处理的原始数据，或者是一组输出的结果。
对于源文件、目标文件、可执行程序可以称作程序文件，对输入输出数据可称作数据文件。
设备文件是指与主机相联的各种外部设备，如显示器、打印机、键盘等。
在操作系统中，把外部设备也看作是一个文件来进行管理，把它们的输入、输出等同于对磁盘文件的读和写。
通常把显示器定义为标准输出文件，一般情况下在屏幕上显示有关信息就是向标准输出文件输出。
如前面经常使用的printf,putchar函数就是这类输出。
键盘通常被指定标准的输入文件，从键盘上输入就意味着从标准输入文件上输入数据。
scanf,getchar函数就属于这类输入。
从文件编码的方式来看，文件可分为ASCII码文件和二进制码文件两种。
ASCII文件也称为文本文件，这种文件在磁盘中存放时每个字符对应一个字节，用于存放对应的ASCII码。
例如，数5678的存储形式为：
ASC码：
00110101001101100011011100111000
↓ ↓ ↓ ↓
十进制码：
5 6 7 8共占用4个字节。
ASCII码文件可在屏幕上按字符显示，例如源程序文件就是ASCII文件，用DOS命令TYPE可显示文件的内容。
由于是按字符显示，因此能读懂文件内容。
二进制文件是按二进制的编码方式来存放文件的。
例如，数5678的存储形式为：
0001011000101110只占二个字节。
二进制文件虽然也可在屏幕上显示，但其内容无法读懂。
C系统在处理这些文件时，并不区分类型，都看成是字符流，按字节进行处理。
输入输出字符流的开始和结束只由程序控制而不受物理符号（如回车符）的控制。
因此也把这种文件称作“流式文件”。
本章讨论流式文件的打开、关闭、读、写、定位等各种操作。
文件指针在Ｃ语言中用一个指针变量指向一个文件，这个指针称为文件指针。
通过文件指针就可对它所指的文件进行各种操作。
定义说明文件指针的一般形式为：
FILE*指针变量标识符；其中FILE应为大写，它实际上是由系统定义的一个结构，该结构中含有文件名、文件状态和文件当前位置等信息。
在编写源程序时不必关心FILE结构的细节。
例如：
FILE*fp；表示fp是指向FILE结构的指针变量，通过fp即可找存放某个文件信息的结构变量，然后按结构变量提供的信息找到该文件，实施对文件的操作。
习惯上也笼统地把fp称为指向一个文件的指针。
文件的打开与关闭文件在进行读写操作之前要先打开，使用完毕要关闭。
所谓打开文件，实际上是建立文件的各种有关信息，并使文件指针指向该文件，以便进行其它操作。
关闭文件则断开指针与文件之间的联系，也就禁止再对该文件进行操作。
在Ｃ语言中，文件操作都是由库函数来完成的。
在本章内将介绍主要的文件操作函数。
文件打开函数ｆｏｐｅｎ
fopen函数用来打开一个文件，其调用的一般形式为：
文件指针名=fopen（文件名，使用文件方式）其中，“文件指针名”必须是被说明为FILE类型的指针变量，“文件名”是被打开文件的文件名。
“使用文件方式”是指文件的类型和操作要求。
“文件名”是字符串常量或字符串数组。
例如：
FILE*fp；
fp=（"filea","r"）;
其意义是在当前目录下打开文件filea，只允许进行“读”操作，并使fp指向该文件。
FILE*fphzk
fphzk=（"c:
hzk16’,"rb"）
其意义是打开C驱动器磁盘的根目录下的文件hzk16，这是一个二进制文件，只允许按二进制方式进行读操作。
两个反斜线“”中的第一个表示转义字符，第二个表示根目录。
使用文件的方式共有12种，下面给出了它们的符号和意义。
文件使用方式 意义
“rt” 只读打开一个文本文件，只允许读数据
“wt” 只写打开或建立一个文本文件，只允许写数据
“at” 追加打开一个文本文件，并在文件末尾写数据
“rb” 只读打开一个二进制文件，只允许读数据
“wb” 只写打开或建立一个二进制文件，只允许写数据
“ab” 追加打开一个二进制文件，并在文件末尾写数据
“rt+” 读写打开一个文本文件，允许读和写
“wt+” 读写打开或建立一个文本文件，允许读写
“at+” 读写打开一个文本文件，允许读，或在文件末追加数据
“rb+” 读写打开一个二进制文件，允许读和写
“wb+” 读写打开或建立一个二进制文件，允许读和写
“ab+” 读写打开一个二进制文件，允许读，或在文件末追加数据
对于文件使用方式有以下几点说明：
1.文件使用方式由r,w,a,t,b，+六个字符拼成，各字符的含义是：
r（read）:
读
w（write）:
写
a（append）:
追加
t（text）:
文本文件，可省略不写
b（banary）:
二进制文件
+:
读和写
2.凡用“r”打开一个文件时，该文件必须已经存在，且只能从该文件读出。
3.用“w”打开的文件只能向该文件写入。
若打开的文件不存在，则以指定的文件名建立该文件，若打开的文件已经存在，则将该文件删去，重建一个新文件。
4.若要向一个已存在的文件追加新的信息，只能用“a”方式打开文件。
但此时该文件必须是存在的，否则将会出错。
5.在打开一个文件时，如果出错，fopen将返回一个空指针值NULL。
在程序中可以用这一信息来判别是否完成打开文件的工作，并作相应的处理。
因此常用以下程序段打开文件：
if（（fp=fopen（"c:
hzk16","rb"）==NULL）
{
printf（"nerroronopenc:
hzk16file!
"）;
getch（）;
exit
（1）;
}
这段程序的意义是，如果返回的指针为空，表示不能打开C盘根目录下的hzk16文件，则给出提示信息“erroronopenc:
hzk16file!
”，下一行getch（）的功能是从键盘输入一个字符，但不在屏幕上显示。
在这里，该行的作用是等待，只有当用户从键盘敲任一键时，程序才继续执行，因此用户可利用这个等待时间阅读出错提示。
敲键后执行exit
（1）退出程序。
6.把一个文本文件读入内存时，要将ASCII码转换成二进制码，而把文件以文本方式写入磁盘时，也要把二进制码转换成ASCII码，因此文本文件的读写要花费较多的转换时间。
对二进制文件的读写不存在这种转换。
7.标准输入文件（键盘），标准输出文件（显示器），标准出错输出（出错信息）是由系统打开的，可直接使用。
文件关闭函数ｆｃｌｏｓｅ文件一旦使用完毕，应用关闭文件函数把文件关闭，以避免文件的数据丢失等错误。
fclose函数
调用的一般形式是：
fclose（文件指针）；例如：
fclose（fp）;正常完成关闭文件操作时，fclose函数返回值为0。
如返回非零值则表示有错误发生。
文件的读写对文件的读和写是最常用的文件操作。
在Ｃ语言中提供了多种文件读写的函数：
?
字符读写函数：
fgetc和fputc
?
字符串读写函数：
fgets和fputs
?
数据块读写函数：
freed和fwrite
?
格式化读写函数：
fscanf和fprinf
下面分别予以介绍。
使用以上函数都要求包含头文件stdio.h。
字符读写函数ｆｇｅｔｃ和ｆｐｕｔｃ字符读写函数是以字符（字节）为单位的读写函数。
每次可从文件读出或向文件写入一个字符。
一、读字符函数fgetc
fgetc函数的功能是从指定的文件中读一个字符，函数调用的形式为：
字符变量=fgetc（文件指针）；例如：
ch=fgetc（fp）;其意义是从打开的文件fp中读取一个字符并送入ch中。
对于fgetc函数的使用有以下几点说明：
1.在fgetc函数调用中，读取的文件必须是以读或读写方式打开的。
2.读取字符的结果也可以不向字符变量赋值，例如：
fgetc（fp）;但是读出的字符不能保存。
3.在文件内部有一个位置指针。
用来指向文件的当前读写字节。
在文件打开时，该指针总是指向文件的第一个字节。
使用fgetc函数后，该位置指针将向后移动一个字节。
因此可连续多次使用fgetc函数，读取多个字符。
应注意文件指针和文件内部的位置指针不是一回事。
文件指针是指向整个文件的，须在程序中定义说明，只要不重新赋值，文件指针的值是不变的。
文件内部的位置指针用以指示文件内部的当前读写位置，每读写一次，该指针均向后移动，它不需在程序中定义说明，而是由系统自动设置的。
[例10.1]读入文件e10-1.c，在屏幕上输出。
#include
main（）
{
FILE*fp;
charch;
if（（fp=fopen（"e10_1.c","rt"））==NULL）
{
printf（"Cannotopenfilestrikeanykeyexit!
"）;
getch（）;
exit
（1）;
}
ch=fgetc（fp）;
while（ch!
=EOF）
{
putchar（ch）;
ch=fgetc（fp）;
}
fclose（fp）;
}
本例程序的功能是从文件中逐个读取字符，在屏幕上显示。
程序定义了文件指针fp,以读文本文件方式打开文件“e10_1.c”，并使fp指向该文件。
如打开文件出错，给出提示并退出程序。
程序第12行先读出一个字符，然后进入循环，只要读出的字符不是文件结束标志（每个文件末有一结束标志EOF）就把该字符显示在屏幕上，再读入下一字符。
每读一次，文件内部的位置指针向后移动一个字符，文件结束时，该指针指向EOF。
执行本程序将显示整个文件。
二、写字符函数fputc
fputc函数的功能是把一个字符写入指定的文件中，函数调用的形式为：
fputc（字符量，文件指针）；其中，待写入的字符量可以是字符常量或变量，例如：
fputc（’a’,fp）;其意义是把字符a写入fp所指向的文件中。
对于fputc函数的使用也要说明几点：
1.被写入的文件可以用、写、读
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