摘要:本文首先分析了C語言的陷阱和缺陷,對容易犯錯的地方進行歸納整理;分析了編譯器語義檢查的不足之處并給出防范措施,以Keil MDK編譯器為例,介紹了該編譯器的特性、對未定義行為的處理以及一些高級應用;在此基礎上,介紹了防御性編程的概念,提出了編程過程中就應該防范于未然的多種措施;提出了測試對編寫優質嵌入式程序的重要作用以及常用測試方法;最后,本文試圖以更高的層次看待編程,討論一些通用的編程思想。
編程思想
1編程風格
《計算機程序的構造和解釋》一書在開篇寫到:程序寫出來是給人看的,附帶能在機器上運行。
1.1 整潔的樣式
使用什么樣的編碼樣式一直都頗具爭議性的,比如縮進和大括號的位置。因為編碼的樣式也會影響程序的可讀性,面對一個亂放括號、對齊都不一致的源碼,我們很難提起閱讀它的興趣。我們總要看別人的程序,如果彼此編碼樣式相近,讀起源碼來會覺得比較舒適。但是編碼風格的問題是主觀的,永遠不可能在編碼風格上達成統一意見。因此只要你的編碼樣式整潔、結構清晰就足夠了。除此之外,對編碼樣式再沒有其它要求。
提出匈牙利命名法的程序員、前微軟首席架構師Charles Simonyi說:我覺得代碼清單帶給人的愉快同整潔的家差不多。你一眼就能分辨出家里是雜亂無章還是整潔如新。這也許意義不大。因為光是房子整潔說明不了什么,它仍可能藏污納垢!但是第一印象很重要,它至少反映了程序的某些方面。我敢打賭,我在3米開外就能看出程序拙劣與否。我也許沒法保證它很不錯,但如果從3米外看起來就很糟,我敢保證這程序寫得不用心。如果寫得不用心,那它在邏輯上也許就不會優美。
1.2清晰的命名
變量、函數、宏等等都需要命名,清晰的命名是優秀代碼的特點之一。命名的要點之一是名稱應能清晰的描述這個對象,以至于一個初級程序員也能不費力的讀懂你的代碼邏輯。我們寫的代碼主要給誰看是需要思考的:給自己、給編譯器還是給別人看?我覺得代碼最主要的是給別人看,其次是給自己看。如果沒有一個清晰的命名,別人在維護你的程序時很難在整個全貌上看清代碼,因為要記住十多個以上的糟糕命名的變量是件非常困難的事;而且一段時間之后你回過頭來看自己的代碼,很有可能不記得那些糟糕命名的變量是什么意思。
為對象起一個清晰的名字并不是簡單的事情。首先能認識到名稱的重要性需要有一個過程,這也許跟譚式C程序教材被大學廣泛使用有關:滿書的a、b、c、x、y、z變量名是很難在關鍵的初學階段給人傳達優秀編程思想的;其次如何恰當的為對象命名也很有挑戰性,要準確、無歧義、不羅嗦,要對英文有一定水平,所有這些都要滿足時,就會變得很困難;此外,命名還需要考慮整體一致性,在同一個項目中要有統一的風格,堅持這種風格也并不容易。
關于如何命名,Charles Simonyi說:面對一個具備某些屬性的結構,不要隨隨便便地取個名字,然后讓所有人去琢磨名字和屬性之間有什么關聯,你應該把屬性本身,用作結構的名字。
1.3恰當的注釋
注釋向來也是爭議之一,不加注釋和過多的注釋我都是反對的。不加注釋的代碼顯然是很糟糕的,但過多的注釋也會妨礙程序的可讀性,由于注釋可能存在的歧義,有可能會誤解程序真實意圖,此外,過多的注釋會增加程序員不必要的時間。如果你的編碼樣式整潔、命名又很清晰,那么,你的代碼可讀性不會差到哪去,而注釋的本意就是為了便于理解程序。
這里建議使用良好的編碼樣式和清晰的命名來減少注釋,對模塊、函數、變量、數據結構、算法和關鍵代碼做注釋,應重視注釋的質量而不是數量。如果你需要一大段注釋才能說清楚程序做什么,那么你應該注意了:是否是因為程序變量命名不夠清晰,或者代碼邏輯過于混亂,這個時候你應該考慮的可能就不是注釋,而是如何精簡這個程序了。
2數據結構
數據結構是程序設計的基礎。在設計程序之前,應該先考慮好所需要的數據結構。
前微軟首席架構師Charles Simonyi:編程的第一步是想象。就是要在腦海中對來龍去脈有極為清晰的把握。在這個初始階段,我會使用紙和鉛筆。我只是信手涂鴉,并不寫代碼。我也許會畫些方框或箭頭,但基本上只是涂鴉,因為真正的想法在我腦海里。我喜歡想象那些有待維護的結構,那些結構代表著我想編碼的真實世界。一旦這個結構考慮得相當嚴謹和明確,我便開始寫代碼。我會坐到終端前,或者換在以前的話,就會拿張白紙,開始寫代碼。這相當容易。我只要把頭腦中的想法變換成代碼寫下來,我知道結果應該是什么樣的。大部分代碼會水到渠成,不過我維護的那些數據結構才是關鍵。我會先想好數據結構,并在整個編碼過程中將它們牢記于心。
開發過以太網和操作系統SDS 940的Butler Lampson:(程序員)最重要的素質是能夠把問題的解決方案組織成容易操控的結構。
開發CP/M操作系統的Gary.A:如果不能確認數據結構是正確的,我是決不會開始編碼的。我會先畫數據結構,然后花很長時間思考數據結構。在確定數據結構之后我就開始寫一些小段的代碼,并不斷地改善和監測。在編碼過程中進行測試可以確保所做的修改是局部的,并且如果有什么問題的話,能夠馬上發現。
微軟創始人比爾**·**蓋茨:編寫程序最重要的部分是設計數據結構。接下來重要的部分是分解各種代碼塊。
編寫世界上第一個電子表格軟件的Dan Bricklin:在我看來,寫程序最重要的部分是設計數據結構,此外,你還必須知道人機界面會是什么樣的。
我們舉個例子來說明。在介紹防御性編程的時候,提到公司使用的LCD顯示屏抗干擾能力一般,為了提高LCD的穩定性,需要定期讀出LCD內部的關鍵寄存器值,然后跟存在Flash中的初始值相比較。需要讀出的LCD寄存器有十多個,從每個寄存器讀出的值也不盡相同,從1個到8個字節都有可能。如果不考慮數據結構,編寫出的程序將會很冗長。
void lcd_redu(void) { 讀第一個寄存器值; if(第一個寄存器值==Flash存儲值) { 讀第二個寄存器值; if(第二個寄存器值==Flash存儲值) { ... 讀第十個寄存器值; if(第十個寄存器值==Flash存儲值) { 返回; } else { 重新初始化LCD; } } else { 重新初始化LCD; } } else { 重新初始化LCD; } }
我們分析這個過程,發現能提取出很多相同的元素,比如每次讀LCD寄存器都需要該寄存器的命令號,都會經過讀寄存器、判斷值是否相同、處理異常情況這一過程。所以我們可以提取一些相同的元素,組織成數據結構,用統一的方法去處理這些數據,將數據與處理過程分開來。
我們可以先提取相同的元素,將之組織成數據結構:
typedef struct { uint8_t lcd_command; //LCD寄存器 uint8_t lcd_get_value[8]; //初始化時寫入寄存器的值 uint8_t lcd_value_num; //初始化時寫入寄存器值的數目 }lcd_redu_list_struct;
這里lcd_command表示的是LCD寄存器命令號;lcd_get_value是一個數組,表示寄存器要初始化的值,這是因為對于一個LCD寄存器,可能要初始化多個字節,這是硬件特性決定的;lcd_value_num是指一個寄存器要多少個字節的初值,這是因為每一個寄存器的初值數目是不同的,我們用同一個方法處理數據時,是需要這個信息的。
就本例而言,我們將要處理的數據都是事先固定的,所以定義好數據結構后,我們可以將這些數據組織成表格:
/*LCD部分寄存器設置值列表*/ lcd_redu_list_struct const lcd_redu_list_str[]= { {SSD1963_Get_Address_Mode,{0x20} ,1}, /*1*/ {SSD1963_Get_Pll_Mn ,{0x3b,0x02,0x04} ,3}, /*2*/ {SSD1963_Get_Pll_Status ,{0x04} ,1}, /*3* {SSD1963_Get_Lcd_Mode ,{0x24,0x20,0x01,0xdf,0x01,0x0f,0x00} ,7}, /*4*/ {SSD1963_Get_Hori_Period ,{0x02,0x0c,0x00,0x2a,0x07,0x00,0x00,0x00},8}, /*5*/ {SSD1963_Get_Vert_Period ,{0x01,0x1d,0x00,0x0b,0x09,0x00,0x00} ,7}, /*6*/ {SSD1963_Get_Power_Mode ,{0x1c} ,1}, /*7*/ {SSD1963_Get_Display_Mode,{0x03} ,1}, /*8*/ {SSD1963_Get_Gpio_Conf ,{0x0F,0x01} ,2}, /*9*/ {SSD1963_Get_Lshift_Freq ,{0x00,0xb8} ,2}, /*10* };
至此,我們就可以用一個處理過程來完成數十個LCD寄存器的讀取、判斷和異常處理了:
/** * lcd 顯示冗余 * 每隔一段時間調用該程序一次 */ void lcd_redu(void) { uint8_t tmp[8]; uint32_t i,j; uint32_t lcd_init_flag; lcd_init_flag =0; for(i=0;i
通過合理的數據結構,我們可以將數據和處理過程分開,LCD冗余判斷過程可以用很簡潔的代碼來實現。更重要的是,將數據和處理過程分開更有利于代碼的維護。比如,通過實驗發現,我們還需要增加一個LCD寄存器的值進行判斷,這時候只需要將新增加的寄存器信息按照數據結構格式,放到LCD寄存器設置值列表中的任意位置即可,不用增加任何處理代碼即可實現!這僅僅是數據結構的優勢之一,使用數據結構還能簡化編程,使復雜過程變的簡單,這個只有實際編程后才會有更深的理解。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:編程思想
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