C语言模块化编程.docx

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C语言模块化编程

嵌入式C语言之---模块化编程

当你在一个项目小组做一个相对较复杂的工程时，意味着你不再独自单干。

你需要和你的小组成员分工合作，一起完成项目，这就要求小组成员各自负责一部分工程。

比如你可能只是负责通讯或者显示这一块。

这个时候，你就应该将自己的这一块程序写成一个模块，单独调试，留出接口供其它模块调用。

最后，小组成员都将自己负责的模块写完并调试无误后，由项目组长进行组合调试。

像这些场合就要求程序必须模块化。

模块化的好处是很多的，不仅仅是便于分工，它还有助于程序的调试，有利于程序结构的划分，还能增加程序的可读性和可移植性。

初学者往往搞不懂如何模块化编程,其实它是简单易学,而且又是组织良好程序结构行之有效的方法之一.

本文将先大概讲一下模块化的方法和注意事项，最后将以初学者使用最广的keilc编译器为例，给出模块化编程的详细步骤。

模块化程序设计应该理解以下概述:

（1）模块即是一个.c文件和一个.h文件的结合，头文件（.h）中是对于该模块接口的声明；

（2）这一条概括了模块化的实现方法和实质：

将一个功能模块的代码单独编写成一个.c文件,然后把该模块的接口函数放在.h文件中.举例:

假如你用到液晶显示，那么你可能会写一个液晶驱动模块，以实现字符、汉字和图像的现实，命名为:

led_device.c，该模块的.c文件大体可以写成:

/*************************************************************************

*液晶驱动模块

*

*文件:

lcd_device.c

*编写人:

小瓶盖

*描述：

液晶串行显示驱动模块，提供字符、汉字、和图像的实现接口

*编写时间:

2009.07.03

*版本:

1.2

*************************************************************************/

#include…

…

//定义变量

unsignedcharflag；//局部变量

staticunsignedcharvalue；//全局变量

…

//定义函数

//这是本模块第一个函数,起到延时作用,只供本模块的函数调用,所以用到static关键字修饰

/********************延时子程序************************/

staticvoiddelay（uintus）//“static”:

静态函数,也可以理解为内部函数，即在当前文件A中定义的，在其他文件B或C中不能使用。

其作用有点与extern定义的相反

{}

//这是本模块的第二个函数,要在其他模块中调用

/*********************写字符程序**************************

**功能：

向LCD写入字符

**参数：

dat_comm为1写入的是数据，为0写入的是指令

content为写入的数字或指令

******************************************************/

voidwr_lcd（uchardat_comm,ucharcontent）

{}

……

……

/*****************************ENDFiles***********************************/

注：

此处只写出这两个函数,第一个延时函数的作用范围是模块内,第二个，它是其它模块需要的。

为了简化,此处并没有写出函数体.

.h文件中给出模块的接口.在上面的例子中,向LCD写入字符函数：

wr_lcd（uchardat_comm,ucharcontent）就是一个接口函数,因为其它模块会调用它,那么.h文件中就必须将这个函数声明为外部函数（使用extern关键字修饰），另一个延时函数：

voiddelay（uintus）只是在本模块中使用（本地函数，用static关键字修饰），因此它是不需要放到.h文件中的。

.h文件格式如下：

/*****************************************************************************

*液晶驱动模块头文件

*

*文件:

lcd_device.h

*编写人:

小瓶盖

*编写时间:

2010.07.03

*版本:

1.0

*********************************************************************************/

//声明全局变量

externunsignedcharvalue；

//声明接口函数

externvoidwr_lcd（uchardat_comm,ucharcontent）;//向LCD写入字符

……

/*****************************ENDFiles***********************************/

这里注意三点:

1.在keil编译器中，extern这个关键字即使不声明,编译器也不会报错,且程序运行良好,但不保证使用其它编译器也如此。

强烈建议加上，养成良好的编程规范。

2..c文件中的函数只有其它模块使用时才会出现在.h文件中,像本地延时函数staticvoiddelay（uintus）即使出现在.h文件中也是在做无用功,因为其它模块根本不去调用它,实际上也调用不了它（static关键字的限制作用）。

3.注意本句最后一定要加分号”;”,相信有不少同学遇到过这个奇怪的编译器报错:

errorC132:

'xxxx':

notinformalparameterlist，这个错误其实是.h的函数声明的最后少了分号的缘故。

模块的应用：

假如需要在LCD菜单模块lcd_menu.c中使用液晶驱动模块lcd_device.c中的函数voidwr_lcd（uchardat_comm,ucharcontent）,只需在LCD菜单模块的lcd_menu.c文件中加入液晶驱动模块的头文件lcd_device.h即可.

/***************************************************************************

*液晶菜单模块

*

*文件:

lcd_menu.c

*编写人:

小瓶盖

*说明：

LCD菜单模块，最多实现256级菜单，与硬件无关。

*编写时间:

2010.07.03

*版本:

1.0

**************************************************************************/

#include“lcd_device.h//包含液晶驱动程序头文件，之后就可以在该.c文件中调用//lcd_device.h中的全局函数，使用液晶驱动程序里的全局//变量（如果有的话）。

…

//调用向LCD写入字符函数

wr_lcd（0x01,0x30）；

…

//对全局变量赋值

value=0xff；

…

（2）某模块提供给其它模块调用的外部函数及数据需在.h中文件中冠以extern关键字声明；

这句话在上面的例子中已经有体现，即某模块提供给其它模块调用的外部函数和全局变量需在.h中文件中冠以extern关键字声明，下面重点说一下全局变量的使用。

使用模块化编程的一个难点（相对于新手）就是全局变量的设定，初学者往往很难想通模块与模块公用的变量是如何实现的，常规的做法就是本句提到的，在.h文件中外部数据冠以extern关键字声明。

方法一：

比如上例的变量value就是一个全局变量，若是某个模块也使用这个变量，则和使用外部函数一样，只需在使用的模块.c文件中包含#include“lcd_device.h”即可。

方法二：

另一种处理模块间全局变量的方法来自于嵌入式操作系统uCOS-II，这个操作系统处理全局变量的方法比较特殊，也比较难以理解，但学会之后妙用无穷，这个方法只需用在头文件中定义一次。

方法为：

在定义所有全局变量（uCOS-II将所有全局变量定义在一个.h文件内）的.h头文件中：

#ifdefxxx_GLOBALS

#definexxx_EXT

#else

#definexxx_EXTextern//使用方法

#endif

.H文件中每个全局变量都加上了xxx_EXT的前缀。

xxx代表模块的名字。

该模块的.C文件中有以下定义：

#definexxx_GLOBALS

#include"includes.h"

当编译器处理.C文件时，它强制xxx_EXT（在相应.H文件中可以找到）为空，（因为xxx_GLOBALS已经定义）。

所以编译器给每个全局变量分配内存空间，而当编译器处理其他.C文件时，xxx_GLOBAL没有定义，xxx_EXT被定义为extern，这样用户就可以调用外部全局变量。

为了说明这个概念，可以参见uC/OS_II.H,其中包括以下定义：

#ifdefOS_GLOBALS

#defineOS_EXT

#else

#defineOS_EXTextern

#endif

OS_EXTINT32UOSIdleCtr;

OS_EXTINT32UOSIdleCtrRun;

OS_EXTINT32UOSIdleCtrMax;

同时，uCOS_II.H有中以下定义：

#defineOS_GLOBALS

#include“includes.h”

当编译器处理uCOS_II.C时，它使得头文件变成如下所示，因为OS_EXT被设置为空。

INT32UOSIdleCtr;

INT32UOSIdleCtrRun;

INT32UOSIdleCtrMax;

这样编译器就会将这些全局变量分配在内存中。

当编译器处理其他.C文件时，头文件变成了如下的样子，因为OS_GLOBAL没有定义，所以OS_EXT被定义为extern。

externINT32UOSIdleCtr;

externINT32UOSIdleCtrRun;

externINT32UOSIdleCtrMax;

在这种情况下，不产生内存分配，而任何.C文件都可以使用这些变量。

这样的就只需在.H文件中定义一次就可以了。

（3）模块内的函数和全局变量需在.c文件开头冠以static关键字声明；

这句话主要讲述了关键字static的作用。

Static是一个相当重要的关键字，他能对函数和变量做一些约束，而且可以传递一些信息。

比如上例在LCD驱动模块.c文件中定义的延时函数staticvoiddelay（uintus），这个函数冠以static修饰，一方面是限定了函数的作用范围只是在本模块中起作用，另一方面也给人传达这样的信息：

该函数不会被其他模块调用。

下面详细说一下这个关键字的作用，在C语言中，关键字static有三个明显的作用：

1.在函数体，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。

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。

前两个都比较容易理解，最后一个作用就是刚刚举例中提到的延时函数（staticvoiddelay（uintus）），本地化函数是有相当好的作用的。

（4）永远不要在.h文件中定义变量！

呵呵，似乎有点危言耸听的感觉，但我想也不会有多少人会在.h文件中定义变量的。

比较一下代码：

代码一：

/*module1.h*/

inta=5;/*在模块1的.h文件中定义inta*/

/*module1.c*/

#include"module1.h"/*在模块1中包含模块1的.h文件*/

/*module2.c*/

#include"module1.h"/*在模块2中包含模块1的.h文件*/

/*module3.c*/

#include"module1.h"/*在模块3中包含模块1的.h文件*/

以上程序的结果是在模块1、2、3中都定义了整型变量a，a在不同的模块中对应不同的地址元，这个世界上从来不需要这样的程序。

正确的做法是：

代码二：

/*module1.h*/

externinta;/*在模块1的.h文件中声明inta*/

/*module1.c*/

#include"module1.h"/*在模块1中包含模块1的.h文件*/

inta=5;/*在模块1的.c文件中定义inta*/

/*module2.c*/

#include"module1.h"/*在模块2中包含模块1的.h文件*/

/*module3.c*/

#include"module1.h"/*在模块3中包含模块1的.h文件*/

这样如果模块1、2、3操作a的话，对应的是同一片内存单元。

注：

一个嵌入式系统通常包括两类（注意是两类，不是两个）模块：

（1）硬件驱动模块，一种特定硬件对应一个模块；

（2）软件功能模块，其模块的划分应满足低偶合、高内聚的要求。

下面以keilC编译器为例，讲一下模块化编程的步骤。

下面这个程序分为三层，共7个模块，共同为主程序服务（它们之间也会相互调用）。

程序的结构图如下所示：

程序主要模块和功能简介:

一.底层驱动

1.红外键盘:

程序通过红外键盘进行操作。

红外键盘独占定时器0和外部中断0，以实现红外解码和键盘键值的识别。

红外键盘定义了五个按键，分别为上翻、下翻、左翻、右翻和确认键。

2.LCD液晶显示：

程序主要通过LCD显示信息，LCD液晶显示驱动提供显示汉字、图形和ASCII码的函数接口。

可以全屏、单行显示汉字，任意位置显示ASCII码，还可以全屏、半屏显示图形。

二.功能模块

1.LCD菜单程序：

菜单程序可以使人机交互更加方便、容易。

本菜单程序的菜单级别深度受RAM大小的限制，每增加一级菜单将多消耗4字节的RAM。

菜单程序主要完成菜单功能函数的调度，LCD显示刷新。

2.计算器程序：

实现65536以内的加、减、乘、除，超出范围会出现溢出，溢出发生时，LCD显示“错误：

出现溢出”的错误提示，同时本次运算被忽略。

对于负数会显示“-”号，除数为零时LCD显示“错误：

除数为零”的错误提示。

3.开机次数记忆程序:

主要对基于IIC总线的EEPROM进行读写,单片机每次上电后,将开机次数写入EEPROM.

4.串口测试程序:

进入该程序后,单片机向电脑发送字符串“HelloWord！

”，发送数字24（以字符的形式显示）。

编写此程序的目的是为了能够方便的向电脑发送字符串和变量，便于程序的调试。

串口占用串口资源，与频率测量程序共享定时器1

5.频率测量:

复用定时器1，占用外部中断1，实现5~20KHZ频率的测量.

三.主程序

主程序主要完成程序的初始化，LCD菜单显示，监视键盘程序并根据键值更新菜单。

步骤为：

1.新建工程。

2.点击File—New（或者点击快捷图标：

），新建一个文档。

3.点击File—Save（或者点击快捷图标：

），保存新建的文档，在文件名后填写LCD_device.c（液晶驱动模块:

LCD_device，提供显示汉字、字符和图像的接口），点击确定。

在该文档内编写LCD驱动程序。

4.点击File—New（或者点击快捷图标：

），再新建一个文档。

5.点击File—Save（或者点击快捷图标：

），保存新建的文档，在文件名后填写LCD_device.h（液晶驱动模块的头文件，模块的接口和全局变量在这里定义）。

点击确定。

在该文档中整理全局变量和接口函数。

以上步骤之后的效果见下图：

至此，液晶驱动模块书写完毕，可以对这个模块单独的调试。

6.重复以上步骤2~5，定义红外键盘模块：

key.c与key.h

菜单模块：

menu.c与menu.h

串口通信模块：

uart_.c与uart.h

计算器模块：

counter.c与counter.h

频率测量模块:

mea_fre.c与mea_fre.h

开机次数记忆模块:

eepram.c与eepram.h

7.重复以上步骤2~3，定义主程序main.c

最终效果如下图所示：

完成1~7个步骤后，有些小白就习惯性的点击编译按钮了，这时候会出现两个警告信息：

***WARNINGL1:

UNRESOLVEDEXTERNALSYMBOL

***WARNINGL2:

REFERENCEMADETOUNRESOLVEDEXTERNAL

这是因为你只是编写好了程序模块，却没有把他们加入到工程的缘故。

↓

↓

↓

解决方法：

在ProjectWorkspace框中，右击Sourcegroup1文件夹，选择AddFilestoGroup‘SourceGroup1’，在弹出的对话框中添加你的.c文件即可。