硬件工程師最常見的工作內(nèi)容是通過寫代碼來測試硬件。這10個(gè)C語言技巧(C語言仍然是常見的選擇)可以幫助工程師避免因基礎(chǔ)性錯(cuò)誤而導(dǎo)致某些缺陷的產(chǎn)生并造成維護(hù)方面的困擾。
為了成功的推出一個(gè)產(chǎn)品,軟件開發(fā)過程本身需要經(jīng)歷無數(shù)的實(shí)踐風(fēng)險(xiǎn)和障礙。任何工程師最不希望的事情就是因所使用語言或工具而帶來的挑戰(zhàn)。因此,這就需要硬件設(shè)計(jì)師編寫代碼來測試硬件的工作狀況,在資源受限的情況下,還需要開發(fā)硬件和嵌入式軟件。盡管工具和結(jié)構(gòu)化編程已經(jīng)有了很大進(jìn)展,但通常選擇的仍然是C語言,基礎(chǔ)性錯(cuò)誤的不斷發(fā)生,仍會(huì)導(dǎo)致某些缺陷的產(chǎn)生并造成維護(hù)方面的困擾。為竭力避免這些C編程陷阱,這里有10個(gè)C語言技巧供硬件工程師參考。
技巧#1:不要使用“GOTO”語句
二十幾年前,當(dāng)計(jì)算機(jī)編程尚處于起步階段時(shí),程序流程是由“GOTO”語句來控制。該類語句允許程序員對(duì)當(dāng)前代碼行斷行,而直接進(jìn)入另一個(gè)不同的代碼段。列表1為簡單的示例。
列表1 使用GOTO語句
編程語言終究開始引入了函數(shù)的概念,即允許程序?qū)Υa進(jìn)行斷行。如果已經(jīng)完成,不再使用goto語句來表示代碼的斷行。函數(shù)調(diào)用后,函數(shù)將回到下一條指令。列表2為示例。這一做法改善了程序結(jié)構(gòu),提高了可讀性。自此,這被視為編寫程序的正確方法。只要看到或想到goto語句,就會(huì)讓軟件工程師退縮,產(chǎn)生本能的厭惡。其中一個(gè)主要的原因是,一個(gè)遍布goto語句的程序會(huì)讓讓人很難抓住重心,不便于對(duì)程序的理解和維護(hù)。?
列表2 用函數(shù)控制流程
技巧#2:使用FOR(;;)或While(1)
如果goto語句已經(jīng)過時(shí),那么對(duì)程序創(chuàng)建無限循環(huán)應(yīng)該如何去做呢,這是一些硬件工程師可能會(huì)疑惑的問題。畢竟,之前都是通過創(chuàng)建一個(gè)goto語句然后再返回到main語句。解決這一問題就要利用C語言中已經(jīng)存在的循環(huán)語句for和while(列表3和4)。
列表3 使用一個(gè)無限的For循環(huán)
列表4 使用一個(gè)無限的While循環(huán)
列表中的循環(huán)條件相對(duì)比較簡單。for循環(huán)無非是以無條件情況使用條件語句。而另一方面,while循環(huán)是語句為真即予執(zhí)行,這等同對(duì)任何條件的非零值。
技巧#3:使用合適的條件語句
除代碼的可讀性之外,程序的執(zhí)行時(shí)間還主要依賴于做決定時(shí)所選擇的條件結(jié)構(gòu)類型。許多硬件工程師都熟悉簡單的if語句的使用。然而,有時(shí)工程師可能沒有意識(shí)到,如果第一個(gè)條件不正確,還可以使用else或else if語句。這可以節(jié)省處理器時(shí)間,而不必評(píng)估另一個(gè)條件語句。在列表5所示的前半部分代碼中,如果Var值為1,則代碼仍會(huì)查看Var是否為0。而在用了else語句的后半部分代碼中,只評(píng)估第一個(gè)語句,之后就繼續(xù)走下面的代碼,這樣就節(jié)省了時(shí)鐘周期,使代碼更加清晰。
列表5 用If/Else替代只用If
If/else if/else語句可能并不永遠(yuǎn)適用。如果需要檢查若干個(gè)可能的條件,switch語句可能更合適。這樣,處理器可以評(píng)估語句,然后從一個(gè)答案列表中選擇下一步動(dòng)作,而不用連續(xù)地評(píng)估一堆條件。列表6顯示的例子與列表5示例的類型相同。
列表6 使用Switch語句
以上示例的寓意是,讓條件語句的選擇更開放,以選擇出最適合的語句。這種做法使程序結(jié)構(gòu)更簡單,便于理解程序流程,縮短處理器的額外時(shí)鐘周期。
技巧#4:避免使用匯編語言
微處理器的自然語言為匯編語言指令。為低級(jí)別機(jī)器語言編程可能會(huì)為處理器提供更高效的代碼。然而,人類并不是天生就會(huì)這種語言,并且經(jīng)驗(yàn)表明,編寫匯編語言會(huì)造成誤解。誤解會(huì)導(dǎo)致維護(hù)不當(dāng),更甚者,可能會(huì)使系統(tǒng)到處是bug。一般建議避免使用匯編語言。實(shí)際上,現(xiàn)在大多數(shù)編譯器都能編譯出非常高效的代碼。采用C語言或C++語言等高級(jí)語言的開發(fā),能獲得更有序的結(jié)構(gòu),便于理解和維護(hù),使代碼的整體效果更好。列表7給出了一個(gè)示例,比較了使一個(gè)32位變量遞增所使用的匯編代碼和C語言代碼。
列表7 用匯編和C語言完成一個(gè)變量的遞增
當(dāng)然,現(xiàn)在仍有一些場合適于使用匯編語言,但這種場合仍比較少。首個(gè)推薦的場合是開發(fā)引導(dǎo)裝載程序。這種情況下,可能需要優(yōu)化對(duì)啟動(dòng)過程中某個(gè)決策(啟動(dòng)應(yīng)用或引導(dǎo)加載器)的速度。此時(shí),分支判定用匯編代碼就可能有意義了。另一種場合是開發(fā)一種在DSP上運(yùn)行有嚴(yán)格時(shí)序要求的控制循環(huán)。為了從設(shè)備中的得到每個(gè)時(shí)鐘周期,用匯編語言做控制循環(huán)的編碼是有意義的。如果目前任務(wù)適合用匯編,應(yīng)確保將其妥善存檔便于有據(jù)可查,這樣,未來的開發(fā)者(或未來的版本)會(huì)明白該代碼的用途。
技巧#5:充分利用模塊化
筆者最常見的經(jīng)歷是著手由硬件工程師開啟的一個(gè)新項(xiàng)目往往是雜亂無章的代碼組織。通常我們會(huì)發(fā)現(xiàn),代碼由一個(gè)單一的主模塊組成,其中有2.5萬多行代碼。在這些應(yīng)用中,一切都是全局性的,函數(shù)寥寥無幾,goto語句貫穿整個(gè)代碼結(jié)構(gòu)。15年前這算正常,但如今已不再適用了!C語言編程使工程師能夠?qū)⒋a分成獨(dú)立的功能模塊,這簡化了代碼導(dǎo)航,同時(shí)還能夠使工程師使用封裝等面向?qū)ο蠹夹g(shù)。代碼可以被組織成邏輯模塊,這很有意義。雖然可能要先花點(diǎn)時(shí)間(幾分鐘),但從長遠(yuǎn)來看,這將能省掉很多漫長之夜,和很多調(diào)試之苦!
技巧#6:寫千層餅式代碼而非面條式代碼
Beningo是一個(gè)意大利名字,和許多意大利人一樣,我對(duì)意大利面食也是毫無保留地?zé)釔邸.?dāng)拿意大利面食與軟件相比時(shí),我就會(huì)想到兩種面食,即意大利面條和千層餅。意大利面條比較混亂,面條相互交織,縱橫交錯(cuò),結(jié)果完全沒有任何類型的結(jié)構(gòu)。編寫非結(jié)構(gòu)化代碼就非常像意大利面條:咬一口,完全不知道吃的是哪部分。
另一種就是意大利千層餅!這種面食是分層的,是有結(jié)構(gòu)的。分層開發(fā)的代碼不僅更容易理解,還可以移走一層并添加一個(gè)新層,基本上能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)使用和維護(hù)的簡易性。圖1為用千層餅式代碼模型的一個(gè)簡單軟件模塊示例。
千層餅軟件模型
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技巧#7:使用描述式變量名稱
編寫易于理解和維護(hù)的較大軟件有許多障礙,其中之一就是變量的命名習(xí)慣。為了盡力縮短變量名,開發(fā)者通常會(huì)自創(chuàng)一些較短的、令人費(fèi)解的助記符,往往只有他們自己才能明白的符號(hào)?,F(xiàn)代語言使一個(gè)變量名可以包含數(shù)百個(gè)字符。為了讓事情清晰明確,“直截了當(dāng)”地方法要好于其它方式。因此,變量名一目了然不僅有利于開發(fā)人員,也有利于未來的維護(hù)團(tuán)隊(duì)。列表8給出一個(gè)示例。
列表8 變量的命名
技巧#8:少用#pragma語句
C語言中有一種特殊的#pragma語句。這些語句通常處理非標(biāo)準(zhǔn)的句法和特性,應(yīng)盡可能避免使用這種語句,因?yàn)樗鼈兪欠菢?biāo)準(zhǔn)的,不能從一個(gè)處理器移植到另一個(gè)處理器。有些編譯器可能要求用這類語句完成某項(xiàng)任務(wù),例如定義一個(gè)中斷服務(wù)程序。在這種情況下,可能除了使用#pragma語句以外別無它法。如果可能,將所有的#pragma語句放在一個(gè)模塊或幾個(gè)模塊里。這有助于確保在代碼移植時(shí),只需要更新幾處代碼,而非整個(gè)代碼庫;此外,這也將有助于防止移植代碼的首次編譯所帶來的困擾。
技巧#9:錯(cuò)誤往往并不是看上去那樣簡單
在調(diào)試一個(gè)C程序時(shí),有一個(gè)讓人當(dāng)心的陷阱就是編譯器錯(cuò)誤。由于編譯器的復(fù)雜性,當(dāng)檢測到一個(gè)錯(cuò)誤時(shí),通常錯(cuò)誤位于程序中的其它地方,而非編譯器所指示的位置。這主要與編譯器生成程序的步驟有關(guān)。錯(cuò)誤類型通常是一致的,工程師可以發(fā)現(xiàn)的一些錯(cuò)誤中,90%都是根源:
?當(dāng)心漏掉#include文件。這可能會(huì)使程序開發(fā)人員看到完美的代碼行,但由于未包含必要的頭文件,編譯器便會(huì)將其標(biāo)志為一個(gè)錯(cuò)誤,表示有些東西未定義。
?當(dāng)心漏掉分號(hào)。編寫C代碼時(shí)最常見的錯(cuò)誤是忘記在句末加分號(hào)。
?當(dāng)心漏掉括號(hào)。漏寫括號(hào)是代碼編寫過程中又一常犯的錯(cuò)誤,或是粗心漏掉,或是由于鍵入錯(cuò)誤而產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤字符。
?當(dāng)心漏掉逗號(hào)。在復(fù)雜的定義中很容易忘記逗號(hào)!
一般情況下,當(dāng)彈出一個(gè)奇怪的編譯錯(cuò)誤對(duì)話框時(shí),要查看該行前已被編譯的內(nèi)容。很有可能就是錯(cuò)誤所在!它可能是出現(xiàn)在一行上面,或中間部分,或在完全不同的文件里。
不要放棄!只要具備一定的經(jīng)驗(yàn),解決這些疑難問題就會(huì)成為一種第二天性。
技巧#10:優(yōu)秀的程序員編寫的代碼行數(shù)不一定少
人們常有這種誤解,即認(rèn)為較一般的程序員而言,一個(gè)優(yōu)秀的程序員往往寫較少的代碼行就能解決問題。不要卷入這一錯(cuò)誤的想法!一個(gè)優(yōu)秀的程序員通常具備思維縝密、結(jié)構(gòu)清晰的編碼基礎(chǔ)。變量命名和封裝都恰如其分,系統(tǒng)中幾乎不用全局變量。函數(shù)應(yīng)保持簡短有效。如果代碼看起來很混亂,需要多寫幾行才能使其看上去更清晰,那就不妨多寫幾行!可以上網(wǎng)查看獲得C代碼編寫最混亂殊榮獎(jiǎng)項(xiàng)的代碼用作前車之鑒。優(yōu)秀程序員寫的代碼簡潔、易于理解和維護(hù),代碼行數(shù)并非最少!
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