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简单练习

时间：2024-11-02 11:41:39浏览次数：2  
标签：函数 中断 练习 内存 简单 interrupt NULL ptr

const、static、volatile

解释关键字static，const，volatile各自的含义及其作用，并且解释下面这个函数有什么错误？
int square(volatile int *ptr)
{
	return *ptr * *ptr;
}
1. static：
   - **用于局部变量**：如果 `static` 修饰一个局部变量，该变量的生命周期会延长至程序的整个运行过程，而不仅仅是在函数调用期间存在。局部静态变量在第一次进入该函数时初始化，以后不再重新初始化，因此在每次调用时保留上一次的值。
   - **用于全局变量或函数**：如果 `static` 修饰一个全局变量或函数，该变量或函数的作用域将被限制在定义所在的文件中。这样做可以防止外部文件访问该变量或调用该函数，达到封装的效果。

2. const：
   - 用于声明一个只读变量，即一旦初始化，变量的值就不能再被修改。如果试图直接修改 `const` 变量的值，编译器会报错。
   - `const` 的作用在于明确意图，使变量不可变，提高代码的安全性和可读性。通过指针间接修改 `const` 变量的值在某些场景是可能的，但这种用法通常不建议。

3. volatile：
   - 用于告诉编译器该变量可能随时被意外地修改（例如由其他线程或硬件修改）。编译器通常会将变量缓存到寄存器中以提高访问速度，但如果变量被 `volatile` 修饰，编译器将放弃优化，每次访问该变量时都会从内存中重新读取，保证获取的是变量的最新值。
   - `volatile` 关键字多用于硬件寄存器、共享变量或信号处理程序等场景，在这些场景中，变量的值可能在程序控制之外发生改变。

### 函数分析

来看给定的函数：


int square(volatile int *ptr)
{
    return *ptr * *ptr;
}

函数的问题在于对 *ptr 的值进行了两次读取。因为 *ptr 是一个 volatile 变量，编译器不会缓存它的值。然而，由于 *ptr 的值可能在第一次读取和第二次读取之间发生变化，导致两次读取的结果可能不同，从而使函数的返回值不可靠。

错误示例说明

例如，如果 *ptr 在第一次读取后被其他程序或硬件改变，导致 *ptr 的值在两次读取间不一致，*ptr * *ptr 的结果就不是单一值的平方，而是两个不同值的乘积，产生不准确的结果。

解决方法

为确保 square 函数返回一致的结果，可以先将 *ptr 的值存入一个临时变量，然后对该值进行平方运算：

int square(volatile int *ptr)
{
    int temp = *ptr;
    return temp * temp;
}

在这里，*ptr 只被读取一次，保证了计算的稳定性。如果 *ptr 的值在运算过程中被修改，不会影响到已经保存到 temp 中的值。

关于宏定义

请解释下面这段语句的意思及区别?
#define dPS struct s *
typedef struct s * tPS;
dPS p1,p2;
tPS p3,p4;

  1. 宏定义：#define dPS struct s* 定义了一个宏，dPS 只是一个文本替换。每当编译器遇到 dPS 时，它会用 struct s* 替换。这是在预处理阶段完成的。

  2. 类型别名：typedef struct s* tPs; 这里使用 typedef 为 struct s* 创建了一个新的类型别名 tPs。与宏不同，typedef 是在编译阶段处理的，创建的是类型的别名，而不是简单的文本替换。

  3. 定义指针：

    • dPS p1, p2; 被替换为 struct s* p1, p2;，表示 p1 和 p2 是指向 struct s 的指针。
    • tPS p3, p4; 这行定义了 p3 和 p4 为 struct s* 类型的指针，等同于 struct s* p3, p4;。

总结：

  • 宏定义是纯文本替换，而 typedef 是在编译时创建类型别名。
  • 宏可能引入错误（如替换不当），而 typedef 更安全，因为它提供了类型的语义。

中断问题

__interrupt double compute_area(double radius)
{
    double area = PI * radius * radius;
    printf("\nArea = %d", area);
    return area;
}

代码分析

  1. __interrupt：
    __interrupt 通常是用于嵌入式系统中的关键字，标记一个函数为中断处理程序（ISR, Interrupt Service Routine）。在标准C语言中没有 __interrupt 关键字，因此此处使用 __interrupt 是不合法的。在一般编译器中会产生错误。如果想要计算面积，不需要将此函数声明为中断处理函数，直接去掉 __interrupt 即可。

  2. PI：
    这里代码使用了 PI 常量，但它并未在代码中定义。通常，我们会在代码中定义 #define PI 3.14159，或通过 math.h 头文件中的 M_PI 来使用 PI 的值。这会导致编译时错误。

  3. printf("\nArea = %d", area);：

    • %d 格式符用于输出整数类型，而 area 是 double 类型，这样的格式不匹配会导致输出结果错误甚至崩溃。
    • 正确的格式符应使用 %f。如果想保留两位小数，可以使用 %.2f，例如：printf("\nArea = %.2f", area);。

代码的错误总结

  1. 不合法的 __interrupt 关键字。
  2. PI 未定义。
  3. printf 中的格式符 %d 不匹配 double 类型，应改为 %.2f。

修正后的代码

修正后，代码可以如下：

#include <stdio.h>
#define PI 3.14159  // 定义 PI

double compute_area(double radius)
{
    double area = PI * radius * radius;
    printf("\nArea = %.2f", area);
    return area;
}

修正后代码的解释

  1. PI 使用宏定义赋值为 3.14159，或者可以包含 <math.h> 并使用 M_PI。
  2. 删除了 __interrupt 关键字。
  3. 使用了正确的格式符 %.2f 来输出 double 类型，并保留两位小数。
tips:

设计中断服务函数（ISR, Interrupt Service Routine）时，需要特别注意以下几个关键点，以确保中断处理的高效性和稳定性：

  1. 简短而高效
  • 中断服务函数应尽可能短小、快速。因为中断会打断主程序的执行，长时间占用 CPU 资源可能导致系统无法及时响应其他重要事件。
  • 避免复杂的逻辑和大量计算，应只处理最关键的任务，如标记事件、读写数据、或触发后续处理。
  1. 避免使用阻塞操作
  • 在 ISR 中应避免使用 delay、sleep 等阻塞性操作。中断服务函数不适合等待外部资源，避免死锁或超时情况。
  • 尽量避免任何会导致等待的代码（例如，可能阻塞的 I/O 操作）。
  1. 避免使用标准库函数
  • 一些标准库函数（如 printf、malloc）可能在中断上下文中不安全，可能导致不可预知的结果或程序崩溃。
  • 例如，printf 通常会有较长的执行时间，可能会干扰系统的实时性，malloc 和 free 则可能导致内存碎片或占用较多时间。
  1. 确保线程安全
  • 中断服务函数通常在系统的不同上下文下执行，因此必须防止访问共享数据时的竞争条件。
  • 使用 volatile 关键字修饰共享变量，确保每次访问时都会从内存读取最新值，避免编译器优化造成的旧数据使用。
  • 在某些架构下，为了保护共享资源，可以使用锁或禁用全局中断（但禁用时间应尽可能短）。
  1. 避免嵌套中断
  • 如果嵌套中断无法避免，应确保优先级设置正确，防止优先级较低的中断长时间被阻塞。
  • 嵌套中断会增加系统复杂度，增加调试难度，因此在设计中尽量避免过多的嵌套。
  1. 尽量少用全局变量
  • 尽量减少全局变量的使用。如果使用全局变量，必须特别注意多线程或多中断的情况下的资源保护。
  • 可以通过设置标志位等方式，通知主程序在非中断上下文中进一步处理。
  1. 保存并恢复上下文
  • 在进入中断时，应保存当前寄存器状态，以便中断结束时可以恢复。这在中断可能导致程序数据混乱或异常跳转时尤为重要。
  • 现代编译器和硬件可能自动完成上下文保存，但在特定低级别的开发中，手动保存和恢复上下文很重要。
  1. 使用合适的中断优先级
  • 对于多重中断情况，分配合理的中断优先级很重要。更重要或时间紧迫的中断应设置更高优先级。
  • 正确设置中断优先级可以防止重要中断被较长的低优先级中断阻塞。
  1. 确保 ISR 可重入
  • 在某些情况下，中断服务函数可能会被再次触发，因此 ISR 应设计为可重入（reentrant），即即使多次调用，也不会引发数据冲突或错误。
  • 尽量避免在 ISR 中调用非重入的函数或操作。
  1. 尽量避免返回值
  • 中断服务函数通常不应返回值，因为返回值不会被主程序或调用函数使用。在一些系统中，ISR 的返回值可能会被忽略。
  • 可以使用标志位或队列来通知主程序中断处理结果。

示例：简化的中断服务函数

// 假设标志位 interrupt_occurred 通知主程序处理中断
volatile int interrupt_occurred = 0;

void __interrupt ISR(void) {
    // 设定标志位，通知主程序处理中断
    interrupt_occurred = 1;
}

在主程序中可以检测 interrupt_occurred 标志位，在非中断上下文中做进一步处理。这种方法保持 ISR 的简洁性，减少了在中断中进行复杂操作的需求。

内存问题

在嵌入式系统中，动态分配内存可能引发一些问题，主要包括以下几点：

  1. 内存碎片
  • 嵌入式系统中的内存通常有限，频繁的动态内存分配和释放会导致内存碎片化。碎片化会导致即使有足够的总内存，也无法满足某次分配的需求，导致分配失败。
  1. 内存泄漏
  • 如果动态分配的内存没有被正确释放，会导致内存泄漏。这在嵌入式系统中是严重的问题，因为资源有限，系统长时间运行后可能会耗尽可用内存，导致系统崩溃或异常。
  1. 实时性问题
  • 动态内存分配的时间不确定，分配或释放内存时，分配器可能需要查找空闲块或进行合并操作，导致执行时间不可预测。这在实时系统中可能会影响任务的及时性。
  1. 分配失败
  • 如果内存不足，malloc 调用可能会返回 NULL。在嵌入式系统中，这种情况可能导致程序行为异常，尤其是如果没有对 NULL 返回值进行检查的情况下。

代码分析与输出结果

  1. malloc(0) 行为：
    调用 malloc(0) 时，根据 C 标准，不一定返回 NULL，具体行为依赖于实现：

    • 某些实现会返回一个非 NULL 的指针，但这块指针指向的内存不可访问（即不能使用）。
    • 其他实现可能直接返回 NULL。

  2. 比较运算：
    (ptr = (char *)malloc(0)) == NULL 判断 malloc(0) 是否返回 NULL。如果返回 NULL，则输出 "Got a null pointer"；否则输出 "Got a valid pointer"。

代码输出

  • 如果 malloc(0) 返回 NULL，则输出：Got a null pointer
  • 如果 malloc(0) 返回一个有效指针，输出：Got a valid pointer

注意：该代码的实际输出取决于具体编译器和标准库的实现。在一些系统上可能返回 NULL，而在另一些系统上则可能返回有效指针。

请用 C编写一个 ASC码字符串拷贝程序。

/*
 * @Author: [email protected]
 * @Date: 2024-11-02
 * @LastEditors: None
 * @LastEditTime: None
 * @FilePath: C语言编写一个ASC码字符串copy.c
 * @Description:None
 * 
 * Copyright (c) 2024 by [email protected], All Rights Reserved. 
 */
 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 自定义字符串拷贝函数，拷贝 ASCII 字符串
char* Mystrcpy(const char *source) {
    // 检查输入的源字符串是否为 NULL
    if (source == NULL) {
        printf("输入字符串为空！\n");
        return NULL;
    }
    
    // 计算源字符串的长度
    int len = 0;
    const char *temp = source;
    while (*temp++) {
        len++;
    }
    
    // 为新字符串分配内存，包含一个额外的空间用于存储终止符 '\0'
    char *copy = (char *)malloc((len + 1) * sizeof(char));
    if (copy == NULL) {
        printf("内存分配失败！\n");
        return NULL;
    }
    
    // 使用指针逐字节拷贝字符串内容
    char *dest = copy;
    while ((*dest++ = *source++));  // 逐个字符拷贝，包含终止符 '\0'
    
    return copy;  // 返回拷贝后的字符串的起始地址
}

int main() {
    char source[] = "Hello, ASCII!";
    char *copiedString = Mystrcpy(source);
    
    if (copiedString != NULL) {
        printf("拷贝后的字符串: %s\n", copiedString);
        free(copiedString);  // 释放动态分配的内存
    }

    return 0;
}

标签：函数,中断,练习,内存,简单,interrupt,NULL,ptr
From： https://www.cnblogs.com/hhail08/p/18521752

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