嵌入(ru)式學(xue)習筆記：C高(gao)級函(han)數快(kuai)速(su)學(xue)
時間：2018-09-12 來源：未知
c高級可(ke)以說是(shi)就比較難了，尤(you)其是(shi)c高級函數這(zhe)是(shi)學(xue)習(xi)的難點(dian)，那(nei)么如何快速學(xue)c高級函數呢，下面總結了一些函數知識(shi)點(dian)及案(an)例，可(ke)以快速學(xue)哦。
1.1定義
返回值類型(xing)(xing) 函數名(類型(xing)(xing) 形參， 類型(xing)(xing) 形參, ...)
{
語句
語句
return 返(fan)回(hui)值
}
函數名：標(biao)識符:用一眼要能看(kan)懂函數的(de)功能的(de)標(biao)識符來表示函數名
返(fan)回值類(lei)型：需要返(fan)回的(de)返(fan)回值類(lei)型
當不(bu)需要(yao)返(fan)回值(zhi)時，返(fan)回值(zhi)類型為void，return后(hou)邊需要(yao)加返(fan)回值(zhi)
當返回值類型為指(zhi)針(zhen)時，稱為指(zhi)針(zhen)函數
形參: 接收外(wai)部(bu)參數的局部(bu)變量(liang)
不需要接收參數時, 寫為void
6.2函數的調用
變量 = 函數名(ming)(實參1, 實參2, ......);
實參：傳給函數的變量(liang)或常量(liang)值。
運(yun)行過程(cheng):為形參分空間,把實參賦值給形參
運(yun)行函數(shu)中的程序
返回(hui)調(diao)用函數，運(yun)行調(diao)用點的下一(yi)行
補充:多窗(chuang)口:vsp
1.3函數的作用范圍
1.3.1 提前聲明(ming),擴大定義域(yu)(extern)
實例:
1.3.2 在文(wen)件中(zhong)，調用(yong)另一個文(wen)件中(zhong)定義的函(han)數(shu)
編譯(yi)命令：gcc a.c b.c -g：編譯(yi)兩個文件的時候，執行依(yi)然是a.out
1.3.3. 禁止別的文件(jian)調用本文件(jian)的函(han)數(static)
注(zhu)意:用了(le)statics的話，不(bu)同文(wen)件中(zhong)是可以存在相同的文(wen)件名的。
stati將函(han)數的(de)作用范圍限制在本文件中
1.4變量的作(zuo)用范(fan)圍(這里詳(xiang)細的打開內存分(fen)配的部分(fen)及逆行(xing)講解)
1.4.1. 定義
全局變量(liang)(liang)：定義(yi)在(zai)函數外的變量(liang)(liang)，也可以理(li)解為定義(yi)在(zai){}外的變量(liang)(liang)。
局(ju)部變量：定義在函數內(nei)的變量，也可以理解(jie)為定義在{}內(nei)的變量。
需(xu)要定義在{}的開始(shi)。
1.4.2 作(zuo)用域(默(mo)認作(zuo)用范(fan)圍)
全局變量(liang)：從定義開始到文件(jian)的(de)結束
局部變量：從(cong)定義(yi)開始到(dao)與之前一個(ge)對應(ying)的(de){ }結束。
注意:小作用范圍的變(bian)量，屏(ping)蔽大作用范圍的變(bian)量
解釋：
這里的擴大作用范圍是針對全局(ju)變量(liang)來(lai)說的，局(ju)部變量(liang)不能擴大
方法:1)使用的位置在(zai)定(ding)義之(zhi)前
2)使用的位(wei)置子其他文件
3)限制全局變量的作用(yong)范(fan)圍到默認作用(yong)域
4)函(han)數的作用域是從定義開始(shi)，到本(ben)文件結束(針對文件來說)
實例:
1.5內(nei)存的分配
1.5.1.程序未運行時(shi)(size a.out可以看到(dao)信息)
text：存放CPU可執行的(de)(de)機器(qi)指令(ling)，由(you)于程序被(bei)經(jing)常使用，防止(zhi)其被(bei)意外(wai)修改，代碼區(qu)通常是只讀的(de)(de)。
data： 存放被初始(shi)化的全局(ju)(ju)變(bian)(bian)量(liang)、靜(jing)態變(bian)(bian)量(liang)(全局(ju)(ju)靜(jing)態變(bian)(bian)量(liang)和(he)局(ju)(ju)部靜(jing)態變(bian)(bian)量(liang))、常量(liang)數據(如字符串常量(liang))。
Bss：存放未(wei)初(chu)始化的全局變(bian)量 (初(chu)始化成(cheng)0，計(ji)算機(ji)并(bing)不認為(wei)這是做了(le)初(chu)始化操作，所以初(chu)始化成(cheng)0的全局變(bian)量會(hui)被(bei)放在bss區(qu)中)
注意：BSS區的(de)數據在程序開始(shi)執行之前被(bei)內(nei)核(he)初始(shi)化為0或空指針(zhen)(NULL)。
具體：
1.5.2.程(cheng)序運行時(shi)
程序運行(xing)時占用5個區(qu)(qu)：代碼區(qu)(qu)、初(chu)始化數(shu)據區(qu)(qu)/靜(jing)態(tai)數(shu)據區(qu)(qu)、未初(chu)始化數(shu)據區(qu)(qu)、堆區(qu)(qu)、棧區(qu)(qu)
(1)代碼(ma)區(text)
代碼區指(zhi)令根據(ju)程序(xu)(xu)設計流程依次執(zhi)行(xing)，對于順(shun)序(xu)(xu)指(zhi)令，則只會執(zhi)行(xing)一次，如果反復(fu)，則需使用跳轉指(zhi)令，如果進行(xing)遞歸，則需借助棧來(lai)實(shi)現。
代碼(ma)區(qu)包(bao)括操(cao)作碼(ma)和(he)要(yao)操(cao)作的(de)對(dui)象(或對(dui)象的(de)地址(zhi)引(yin)用(yong))，如果是立(li)即數(shu)(即具體的(de)數(shu)值，如2)，將(jiang)直接包(bao)含在代碼(ma)中;如果是局部數(shu)據(ju)，將(jiang)在棧中分配空間，然后(hou)引(yin)用(yong)該數(shu)據(ju)的(de)地址(zhi);如果是BSS區(qu)和(he)數(shu)據(ju)區(qu)，在代碼(ma)中同(tong)樣引(yin)用(yong)該數(shu)據(ju)的(de)地址(zhi)。
(2) 全(quan)局(ju)初始化數(shu)據區/靜(jing)態(tai)數(shu)據區(data)
在編譯(yi)(yi)的時(shi)候就會初始化，并且(qie)只初始化一次。上面已(yi)經(jing)說過，在程(cheng)序(xu)編譯(yi)(yi)時(shi)，該(gai)區域已(yi)經(jing)被分(fen)配好了，這塊(kuai)內存(cun)在程(cheng)序(xu)的整個運行(xing)期(qi)間(jian)都存(cun)在，當(dang)程(cheng)序(xu)結束時(shi)，才會被釋放。
(3)未初始化(hua)(hua)數(shu)據 區(BSS)：在運行(xing)時(shi)改變其值(zhi)。初始化(hua)(hua)0不算(suan)初始化(hua)(hua)。
(4)棧區(stack)
存放函數(shu)的(de)參數(shu)值(zhi)和局部變量，由編譯(yi)器自動分配釋放，其操作方(fang)式類似于(yu)數(shu)據結構(gou)的(de)棧。其特點是(shi)不需要程序員(yuan)去考慮內存管理的(de)問題(ti)，很(hen)方(fang)便;同時(shi)(shi)棧的(de)容(rong)量很(hen)有限，在Linux系統中(zhong)，棧的(de)容(rong)量只有8M，并且當相(xiang)應的(de)范圍結束時(shi)(shi)(如(ru)函數(shu))，局部變量就不能再使(shi)用。
(5)堆(dui)區(heap)
有些(xie)操(cao)作對象只(zhi)有在(zai)(zai)程(cheng)序(xu)(xu)運行(xing)時才能確定，這樣編譯器在(zai)(zai)編譯時就(jiu)無法(fa)為(wei)他們預先分配(pei)空間(jian)，只(zhi)有程(cheng)序(xu)(xu)運行(xing)時才分配(pei)，這就(jiu)是動態內存(cun)分配(pei)。堆(dui)區(qu)就(jiu)是用于動態內存(cun)分配(pei)(如malloc的動態內存(cun)分配(pei))，堆(dui)在(zai)(zai)內存(cun)中位(wei)于bss區(qu)和棧(zhan)區(qu)之間(jian)，一般由(you)程(cheng)序(xu)(xu)員(yuan)申請和釋(shi)放(free釋(shi)放或程(cheng)序(xu)(xu)停止)。
實例：
注意：
(1):堆區的內存需(xu)要(yao)程序員自己(ji)釋放(fang)。
(2):棧區在(zai)范圍結(jie)束時，編譯器就會釋放了(le)，所以(yi)要注(zhu)意棧區中數(shu)據(ju)的生命周期(qi)。
(3):棧區容量有限，注意(yi)不要使用(yong)超大(da)(da)局部(bu)變(bian)量，比如超大(da)(da)數組。
(4):bss區(qu)(qu)中(zhong)的數據(ju)，你不(bu)進(jin)行初始(shi)化的話，系統會幫我們初始(shi)化成0。但(dan)其(qi)他區(qu)(qu)域的數據(ju)，系統不(bu)會為(wei)我們做什(shen)么，尤其(qi)注意堆區(qu)(qu)和(he)棧區(qu)(qu)中(zhong)的數據(ju)，未經初始(shi)化的變量則有可能(neng)是(shi)臟數據(ju)。
1.6變(bian)量的生命周(zhou)期(qi)
1.6.1分類
1. data和bss中的(de)(de)變(bian)量的(de)(de)生命周(zhou)期：程序的(de)(de)開始(shi)到程序的(de)(de)結束。==>全(quan)局(ju)(ju)變(bian)量，靜(jing)態(全(quan)局(ju)(ju)/局(ju)(ju)部)變(bian)量
2. 棧中的變量的生(sheng)命(ming)周(zhou)期：函(han)數的開始到函(han)數的結束。==>局部變量，形參
6.6.2對(dui)靜態局部變(bian)量的說明：
有時(shi)希望(wang)函(han)(han)(han)數中(zhong)的(de)(de)局部變(bian)(bian)量的(de)(de)值(zhi)(zhi)在函(han)(han)(han)數調(diao)用(yong)結束(shu)后不消失而保(bao)留原(yuan)值(zhi)(zhi)，即其(qi)占用(yong)的(de)(de)存儲單元不釋放，在下一(yi)次(ci)該(gai)(gai)函(han)(han)(han)數調(diao)用(yong)時(shi)，該(gai)(gai)變(bian)(bian)量保(bao)留上(shang)一(yi)次(ci)函(han)(han)(han)數調(diao)用(yong)結束(shu)時(shi)的(de)(de)值(zhi)(zhi)。這時(shi)就(jiu)應該(gai)(gai)指定該(gai)(gai)局部變(bian)(bian)量為靜態局部變(bian)(bian)量(static local variable)。
(1) 靜(jing)態局(ju)部變(bian)量(liang)在靜(jing)態存(cun)儲(chu)區(qu)內(nei)分配存(cun)儲(chu)單元(yuan)。在程序整個運行期(qi)間都(dou)不釋(shi)放。而(er)自動變(bian)量(liang)(即(ji)動態局(ju)部變(bian)量(liang))屬于動態存(cun)儲(chu)類別，存(cun)儲(chu)在動態存(cun)儲(chu)區(qu)空間(而(er)不是靜(jing)態存(cun)儲(chu)區(qu)空間)，函(han)數(shu)調用結束后(hou)即(ji)釋(shi)放。
(2) 為靜(jing)態局部(bu)變(bian)(bian)量賦初值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)是在(zai)(zai)編(bian)譯時進(jin)行(xing)(xing)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的，即(ji)只賦初值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)一(yi)次(ci)，在(zai)(zai)程序運行(xing)(xing)時它已有初值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)。以后(hou)每次(ci)調用(yong)函數(shu)(shu)時不(bu)再(zai)重新(xin)賦初值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)而只是保留(liu)上次(ci)函數(shu)(shu)調用(yong)結束時的值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)。而為自(zi)動變(bian)(bian)量賦初值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，不(bu)是在(zai)(zai)編(bian)譯時進(jin)行(xing)(xing)的，而是在(zai)(zai)函數(shu)(shu)調用(yong)時進(jin)行(xing)(xing)，每調用(yong)一(yi)次(ci)函數(shu)(shu)重新(xin)給一(yi)次(ci)初值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)，相(xiang)當于(yu)執行(xing)(xing)一(yi)次(ci)賦值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)語句。
(3) 如果在(zai)定(ding)義局(ju)部變量(liang)時不(bu)(bu)賦(fu)(fu)(fu)初(chu)值(zhi)的(de)話，對(dui)(dui)靜態局(ju)部變量(liang)來說(shuo)，編譯(yi)時自(zi)動(dong)賦(fu)(fu)(fu)初(chu)值(zhi)0(對(dui)(dui)數(shu)值(zhi)型變量(liang))或空(kong)字符(fu)(對(dui)(dui)字符(fu)型變量(liang))。而對(dui)(dui)自(zi)動(dong)變量(liang)來說(shuo)，如果不(bu)(bu)賦(fu)(fu)(fu)初(chu)值(zhi)，則它的(de)值(zhi)是一個不(bu)(bu)確定(ding)的(de)值(zhi)。這是由于(yu)每次(ci)函(han)數(shu)調(diao)用結束后存儲單元已釋(shi)放，下(xia)次(ci)調(diao)用時又重(zhong)新另(ling)分(fen)配(pei)存儲單元，而所(suo)分(fen)配(pei)的(de)單元中的(de)值(zhi)是不(bu)(bu)確定(ding)的(de)。
(4) 雖然(ran)靜態局部變(bian)量(liang)在(zai)函數調用(yong)結束(shu)后(hou)仍然(ran)存在(zai)，但其他函數是不能引用(yong)它的(de)，也就是說(shuo)，在(zai)其他函數中它是“不可見”的(de)。
具體解釋：
初始化全局(ju)變(bian)(bian)量(liang)(liang)未初始化全局(ju)變(bian)(bian)量(liang)(liang)局(ju)部變(bian)(bian)量(liang)(liang)靜態(tai)(tai)全局(ju)變(bian)(bian)量(liang)(liang)靜態(tai)(tai)局(ju)部變(bian)(bian)量(liang)(liang)
占用存(cun)儲空間data
bss棧datadata
初(chu)始(shi)化次數初(chu)始(shi)化一次
初始(shi)(shi)化(hua)(hua)一次(ci)每次(ci)調用(yong)都(dou)初始(shi)(shi)化(hua)(hua)初始(shi)(shi)化(hua)(hua)一次(ci)初始(shi)(shi)化(hua)(hua)一次(ci)
作用(yong)(yong)(yong)域默認(ren)(ren)作用(yong)(yong)(yong)域，可擴(kuo)大默認(ren)(ren)作用(yong)(yong)(yong)域，可擴(kuo)大默認(ren)(ren)作用(yong)(yong)(yong)域默認(ren)(ren)作用(yong)(yong)(yong)域默認(ren)(ren)作用(yong)(yong)(yong)域
生命周期程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)開(kai)(kai)始->程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)結(jie)(jie)(jie)束(shu) 程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)開(kai)(kai)始->程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)結(jie)(jie)(jie)束(shu)定義(yi)開(kai)(kai)始，函數(shu)結(jie)(jie)(jie)束(shu)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)開(kai)(kai)始->程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)結(jie)(jie)(jie)束(shu)程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)開(kai)(kai)始->程(cheng)(cheng)(cheng)序(xu)結(jie)(jie)(jie)束(shu)
補充：register變(bian)量
register int r_local = 6;要求編譯器(qi)盡(jin)量(liang)放在寄存器(qi)，register變量(liang)是(shi)不能做取地(di)址操作(zuo)的(de)
register使用寄存器變量會提升速(su)度(du)，也并不是(shi)說我(wo)們(men)盡可能地多地定義register變量就能加快程序的運行速(su)度(du)，畢竟CPU中(zhong)寄存器是(shi)有限(xian)的，
如(ru)果(guo)你(ni)把變量(liang)指(zhi)定為register變量(liang)，意味(wei)著可用于別的用途的寄(ji)存器就減少了，如(ru)程序(xu)運算產生的中間結果(guo)，它們的應用又很頻(pin)繁(fan)，
在寄存器不(bu)足的(de)情況下，只好借助于(yu)內存，這樣(yang)反倒會降低程序的(de)運算速度。
在(zai)現今(jin)的C版本中，大多已沒有(you)定義register變(bian)量(liang)的必要，因(yin)為編(bian)譯程序忽(hu)略register修飾(shi)符，而根(gen)據(ju)寄存器的使用情(qing)況和變(bian)量(liang)的情(qing)況決定是否(fou)把變(bian)量(liang)解釋為register變(bian)量(liang)。
1.7函數的傳(chuan)參(can)
1.7.1 指針參數
補充：還有種應用場(chang)景(jing)，就是需要使(shi)用結構體(ti)作為(wei)參(can)數(shu)的(de)時候，因為(wei)形參(can)消耗的(de)是棧的(de)空間(jian)，棧的(de)空間(jian)是有限(xian)的(de)，如(ru)果結構體(ti)比較大(da)，一般不(bu)建議(yi)直接(jie)將結構體(ti)作為(wei)形參(can)，而是通(tong)過指針對其進(jin)行訪(fang)問。
1.7.2 數組參數
int atoil(char str[10])
int atoil(char str[])
int atoil(char *str)
這(zhe)三種(zhong)(zhong)定(ding)義的(de)形(xing)(xing)式不同(tong)，但(dan)是達到的(de)效果(guo)是一(yi)模一(yi)樣的(de)，不管使用哪一(yi)種(zhong)(zhong)定(ding)義，編譯器都會將(jiang)其(qi)轉換成第三種(zhong)(zhong)形(xing)(xing)式。
1.8指(zhi)(zhi)針函(han)數 VS 函(han)數指(zhi)(zhi)針
1.8.1 指(zhi)針函數(pointfunc.c)
確定方法：
(1)確定目標類型 int buf[5]
(2)確定(ding)指(zhi)針類型 在目標類型基(ji)礎(chu)上加(jia)(jia)* 加(jia)(jia)在變量名位置(zhi) int (*)[5]
(3)定義(yi)指(zhi)針變量(liang) int (*p)[5]
實例：
1.8.2 函數指針：首先(xian)是指針，指向的(de)是函數。
(1) 定義
void swap(int *a, int *b)
void (*pfunc)(int *, int *);
(2) 賦值
pfunc = &swap;
pfunc = swap; (函(han)數(shu)名(ming), 就是函(han)數(shu)的指(zhi)針常量)
注意：函數(shu)(shu)類(lei)型(xing)(xing)和函數(shu)(shu)指(zhi)針類(lei)型(xing)(xing)兼容，上邊(bian)兩種定義形式可(ke)以隨(sui)便選(xuan)擇使用
(3) 調用
(*pfunc)(&a, &b);//將swap理解成(cheng)函數
pfunc(&a, &b); //將(jiang)swap理(li)解成函數(shu)指(zhi)針，這兩種調用隨(sui)便選擇，跟上邊的定(ding)義是沒有關系的。
實例：
補充：strcmp 比較字符串(chuan)大小 qsort 可(ke)以(yi)快速排序
用法：
shrcmp
strcmp()函數(shu)是通過兩個字符(fu)(fu)串一(yi)個一(yi)個字符(fu)(fu)比較的(最(zui)多比較次數(shu)為第二個參數(shu)的長度(du)+1)
例(li)如strcmp("hello","here");
首先(xian)比(bi)較第一個(ge)字(zi)符(fu)'h'= 'h'相等(deng)
接著比較第二個字符(fu)'e'= 'e'相等
比(bi)較第三個字符 'l'>'e',返回一(yi)個正值
如果字符串(chuan)完(wan)全相(xiang)等(deng)會回0
qsort：
qsort是萬能數(shu)組(zu)排序函數(shu)，必(bi)須(xu)要學會使用(yong)，簡單的(de)數(shu)組(zu)自然不用(yong)說，這里主要討論一下字(zi)符(fu)串數(shu)組(zu)的(de)使用(yong)。
首先看一下qsort的原型：
void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size,
int(*compar)(const void *, const void *));
正確使用這個函數要注(zhu)意(yi)幾(ji)點：
1.base要傳數組的首地址
2.size傳的是每個元素(su)的大小
3.正確編寫compar函(han)數
下面是實際應用：
一個(ge)字(zi)符串(chuan)(chuan)數(shu)組：*str[MAX],假(jia)設里面現在(zai)保存(cun)了n個(ge)字(zi)符串(chuan)(chuan)了。
首先要正確理解什么是(shi)字(zi)(zi)符(fu)串(chuan)數(shu)組，簡單的(de)(de)說(shuo)，可(ke)以理解成它(ta)就是(shi)一個數(shu)組，只不過其中的(de)(de)元素(su)是(shi)一串(chuan)字(zi)(zi)符(fu)串(chuan)，而訪問(wen)這(zhe)些字(zi)(zi)符(fu)串(chuan)，得用指針，也(ye)就是(shi)它(ta)們的(de)(de)地址，比(bi)如(ru)*name[]={"james","henry"}，那么訪問(wen)其中的(de)(de)字(zi)(zi)符(fu)串(chuan)就是(shi)name[0],name[1]...這(zhe)里就有個容易混淆的(de)(de)地方了，對(dui)(dui)于字(zi)(zi)符(fu)串(chuan)數(shu)組，那么每(mei)個元素(su)的(de)(de)大(da)小(xiao)到底(di)是(shi)多少呢?對(dui)(dui)name[0]來(lai)說(shuo)，到底(di)是(shi)字(zi)(zi)符(fu)串(chuan)“james”的(de)(de)長度5，還是(shi)char*的(de)(de)大(da)小(xiao)4呢?答案應(ying)該(gai)是(shi)4，因(yin)為字(zi)(zi)符(fu)串(chuan)數(shu)組里面保存的(de)(de)是(shi)各個字(zi)(zi)符(fu)串(chuan)的(de)(de)指針，所以回到上面所說(shuo)的(de)(de)第二點注意(yi)，用qsort的(de)(de)時候應(ying)該(gai)要傳(chuan)sizeof(char *);
第二(er)，編寫(xie)compar函數(shu)比較字符串有地方要注意：
不能(neng)把strcmp本身傳(chuan)給qsort，即不能(neng)寫(xie)strcmp(p,q),因為形參(can)是const void*類型，同理，寫(xie)成strcmp((char *)p, (char *)q);也是無(wu)效的(de);正(zheng)確的(de)寫(xie)法應(ying)該是:strcmp(*(char **)p, *(char **)q);先強制轉換成char**,在用*減(jian)少一層(ceng)間(jian)接尋(xun)址操(cao)作：
int compar_words(const void *p, const void *q)
{
return strcmp(*(char **)p, *(char **)q);
}
對(dui)于上面的應用(yong)，最(zui)后使用(yong)qsort應該(gai)是這樣：
qsort(str, n, sizeof(char *), compar);
實(shi)例：比較(jiao)數(shu)組中的(de)字符(fu)串(chuan)的(de)大小
1.9遞歸(gui)函數
定義(yi)：直接或間接調用(yong)自己
注意：遞歸程(cheng)序(xu)的效率(lv)比較低(di)，空間占用的也很(hen)多，唯一的理由是比較容(rong)易看(kan)懂。
例(li): 利用函(han)數遞歸實現n!
1. 寫出遞歸通用項：n! = n * (n - 1)!
2. 寫(xie)出遞歸結束條件：n = 1
3. 代碼實現：假設(she)函(han)數(shu)已經寫好，可以用(yong)調(diao)用(yong)，不要去想計算機執行的具體過程
4. 單步執行, 掌握執行流程
實(shi)例：實(shi)現階乘(cheng) 將輸入的字符串反向輸出(chu)。
