【嵌入式八股21】C语言基础知识

一、数据类型说明

在 C 语言中，不同的数据类型在不同平台下占用的字节数有所不同。以下是常见数据类型在 16 位、32 位和 64 位平台下的字节数情况：

数据类型 16 位平台 32 位平台 64 位平台

char	1 字节	1 字节	1 字节
pointer（指针）	2 字节	4 字节	8 字节
short（短整型）	2 字节	2 字节	2 字节
int（整型）	2 字节	4 字节	4 字节
float（单精度浮点数）	4 字节	4 字节	4 字节
double（双精度浮点数）	8 字节	8 字节	8 字节
long（长整型）	4 字节	4 字节	8 字节
long long（长整型）	8 字节	8 字节	8 字节

二、volatile 关键字

volatile 关键字用于指出变量的值是随时可能发生变化的，因此在每次使用该变量时，编译器都会强制从变量的内存地址中重新读取数据，而不是使用保存在寄存器中的缓存值。其常见的应用场景如下：

1. 并行设备的硬件寄存器：例如，与外部设备进行交互时，硬件寄存器中的值可能会在程序执行过程中由外部设备自行改变，此时需要将访问该寄存器的变量声明为 volatile，以确保每次读取到的都是最新值。
2. 中断服务子程序中会访问到的非自动变量（Non-automatic variables）：在中断服务程序中，可能会访问到一些全局变量或静态变量。由于中断的发生是随机的，这些变量的值可能会在主程序执行过程中被中断服务程序修改。为了保证在主程序中能正确处理这些变量，应将其声明为 volatile。此外，对于这类变量的访问，可以使用关键区保护，以避免在多线程或中断环境下出现数据竞争。
3. 多线程应用中被几个任务共享的变量：在多线程环境下，多个线程可能同时访问和修改同一个变量。为了确保每个线程都能读取到变量的最新值，避免因编译器优化导致的缓存数据不一致问题，需要将共享变量声明为 volatile。另外，在对共享变量进行操作时，可以考虑关闭系统调度（在某些特定情况下），以保证操作的原子性。

三、指针相关概念

（一）函数指针

函数指针是指向函数的指针变量，其声明格式为：int (*fun)(int *a);，表示 fun 是一个指针，它指向一个返回值为 int 类型，参数为 int * 类型的函数。

（二）函数指针数组

函数指针数组是一个数组，数组的每个元素都是一个函数指针。声明格式为：int (*fun[10])(int *data, int size);，表示 fun 是一个包含 10 个元素的数组，每个元素都是一个指向函数的指针，这些函数的返回值为 int 类型，参数为 int * 和 int 类型。

使用示例：

int (*sort_fun[5])(int *data, int size) = {
    quick_sort,     /* 快速排序 */
    insert_sort,    /* 插入排序 */
    bubble_sort,    /* 冒泡排序 */
    heap_sort,      /* 堆排序 */
    selection_sort  /* 选择排序 */
};
// 或者
sort_fun[0] = quick_sort;
sort_fun[1] = insert_sort;

（三）指针数组

指针数组是一个数组，数组的元素都是指针。声明格式为：int *a[10];，表示 a 是一个包含 10 个元素的数组，每个元素都是一个指向 int 类型的指针。

（四）数组指针

数组指针是指向数组的指针变量。声明格式为：int (*a)[10];，这里 a 是一个指针，它指向一个包含 10 个 int 类型元素的一维数组。当进行 a + 1 操作时，a 会跨过 10 个 int 型数据的长度。

（五）指针的指针

指针的指针是指向指针的指针变量。声明格式为：int **a;，表示 a 是一个指针，它指向的是一个 int * 类型的指针。

四、main 函数的返回值

在 C 语言中，main 函数的返回值用于向操作系统反馈程序的执行状态：

1. 返回 0：表示程序正常退出，即程序在执行过程中没有遇到任何异常或错误情况，顺利完成了所有操作。
2. 返回负数：表示程序异常退出，通常意味着程序在执行过程中遇到了某种错误，如内存分配失败、非法操作等。操作系统可以根据返回的负数来进一步分析程序出错的原因。

五、const 关键字

（一）const T

用于定义一个常量，在声明的同时必须进行初始化。一旦声明，该常量的值将不能被改变。

示例：

const int constInt = 10;        // 正确，声明并初始化一个整型常量
constInt = 20;                  // 错误，常量值不可被改变
const int constInt3;            // 错误，未被初始化

（二）const T*

表示指向常量的指针，该指针不能用于改变其所指向的对象的值。

示例：

const int i = 5;
const int i2 = 10;
const int* pInt = &i;           // 正确，指向一个 const int 对象，即 i 的地址
//*pInt = 10;                   // 错误，不能改变其所指向的对象的值
pInt = &i2;                     // 正确，可以改变 pInt 指针本身的值，此时 pInt 指向的是 i2 的地址
const int* p2 = new int(8);     // 正确，指向一个 new 出来的对象的地址
delete p2;                      // 正确
//int* pInt = &i;               // 错误，i 是 const int 类型，类型不匹配，不能将 const int * 初始化为 int *
int nValue = 15;
const int * pConstInt = &nValue;    // 正确，可以把 int * 赋给 const int *，但是 pConstInt 不能改变其所指向对象的值，即 nValue
*pConstInt = 40;                    // 错误，不能改变其所指向对象的值

（三）const int* 与 int* const 的区别

指针本身是一种对象，int* const 表示常量指针，即指针本身的值不可改变，声明时必须初始化。

示例：

int nValue = 10;
int* const p = &nValue;
int *const p2 = &nValue;
// const int* 指针指向的对象不可以改变，但指针本身的值可以改变；int* const 指针本身的值不可改变，但其指向的对象可以改变。
int nValue1 = 10;
int nValue2 = 20;
int* const constPoint = &nValue1;
//constPoint = & nValue2;           // 错误，不能改变 constPoint 本身的值
*constPoint = 40;                   // 正确，可以改变 constPoint 所指向的对象，此时 nValue1 = 40

const int nConstValue1 = 5;
const int nConstValue2 = 15;
const int* pPoint = &nConstValue1;
//*pPoint  = 55;                    // 错误，不能改变 pPoint 所指向对象的值
pPoint = &nConstValue2;             // 正确，可以改变 pPoint 指针本身的值，此时 pPoint 绑定的是 nConstValue2 对象，即 pPoint 为 nConstValue2 的地址

（四）const int* const

表示一个指向常量对象的常量指针，即既不可以改变指针本身的值，也不可以改变指针指向的对象的值。

示例：

const int nConstValue1 = 5;
const int nConstValue2 = 15;
const int* const pPoint = &nConstValue1;
//*pPoint  = 55;                    // 错误，不能改变 pPoint 所指向对象的值
//pPoint = &nConstValue2;           // 错误，不能改变 pPoint 本身的值

（五）const 助记方法

1. 把一个声明从右向左读：char * const cp; 应读成 cp is a const pointer to char，即 cp 是一个指向 char 类型的常量指针；const char * p; 读成 p is a pointer to const char，即 p 是一个指向 const char 类型的指针；char const * p; 与 const char * p 等价，因为在 C++ 中没有 const* 的运算符，所以 const 只能属于前面的类型。
2. C++ 标准规定，const 关键字放在类型或变量名之前等价：
   • char * const cp：定义一个指向字符的指针常数，即 const 指针。
   • const char* p：定义一个指向字符常数的指针。
   • char const* p：等同于 const char* p。
   • const char **：是一个指向指针的指针，那个指针又指向一个字符串常量。
   • char **：也是一个指向指针的指针，那个指针又指向一个字符串变量。

六、浮点数存储方式

（一）float 类型

float 类型占用 4 个字节（32 bits），其存储结构如下：

部分 位数 说明

符号位	1 bit	表示浮点数的正负，0 表示正数，1 表示负数。
指数位	8 bits	用于表示浮点数的指数部分，以确定数值的大小范围。
尾数部分	23 bits	表示浮点数的有效数字部分。

（二）double 类型

double 类型占用 8 个字节（64 bits），其存储结构如下：

部分 位数 说明

符号位	1 bit	表示浮点数的正负，0 表示正数，1 表示负数。
指数位	11 bits	用于表示浮点数的指数部分，相比 类型，能表示更