【嵌入式八股7】基础语法

一、static关键字

在C语言中，static关键字的使用场景和作用如下：

1. 修饰函数体内的局部变量

当static用于修饰函数体内的局部变量时，该变量的访问权限仅限于该函数内部。不过，它与普通局部变量不同，仅会被初始化一次，并且存储在静态存储区。这意味着在函数的多次调用过程中，该静态局部变量会保留上一次调用结束时的值。示例代码如下：

#include <stdio.h>

void test_static_local() {
    static int count = 0;
    count++;
    printf("Static local variable count: %d\n", count);
}

int main() {
    test_static_local(); // 输出 1
    test_static_local(); // 输出 2
    return 0;
}

2. 修饰模块内、函数体外的全局变量

若static修饰模块内（.c文件）、函数体外的全局变量，会将该全局变量的作用域限制在当前模块内部，即该变量只能在当前.c文件中使用，不能被其他文件通过extern关键字跨文件共享。这样可以避免不同模块间全局变量的命名冲突。例如：

// file1.c
static int static_global = 10;

// file2.c
// 无法通过 extern int static_global; 来引用 static_global

3. 修饰模块内的函数

当static修饰模块内的函数时，该函数仅可被本模块调用，不能作为接口暴露给其他模块。这有助于隐藏模块内部的实现细节，提高代码的封装性和安全性。示例如下：

// file1.c
static void static_function() {
    printf("This is a static function.\n");
}

void call_static_function() {
    static_function();
}

// file2.c
// 无法直接调用 static_function()

注意：static与extern不可同时修饰一个变量。因为static限制变量或函数的作用域为当前模块，而extern用于声明外部可访问的变量或函数，二者语义冲突。

二、const关键字

const关键字用于声明常量，变量一旦被const修饰并初始化后，其值就无法再被修改。下面详细介绍const在指针中的应用：

1. 常量指针与指针常量

在指针的使用中，*（指针）和const（常量）的位置决定了指针和指针所指向的值是否可以被修改，遵循“谁在前先读谁”的原则，*象征着地址，const象征着内容，谁在前面谁就不允许改变。

• 指针常量：

int * const p; 
// 这里的 const 修饰指针 p，意味着 p 是一个指向整型数的常指针，
// 指针指向不可以修改，但指针指向的整型数可以修改
int a = 10, b = 20;
p = &a; // 初始化指针指向
// p = &b;  // 错误，指针指向被限定
*p = 20; // 指针指向的值可以修改

• 常量指针：

const int *p; 
// const 修饰 *p，表明 p 是一个指向常整型数的指针，
// 指针指向可以修改，但指针指向的整型数不可修改
int a = 10, b = 20;
p = &a;
// *p = 20;  // 错误，指针指向的值被限定
p = &b; // 指针指向可以修改

• 指向常整形数的常指针：

const int * const a; 
// 这种情况下，指针指向和指针指向的值都不可修改

2. 在函数参数和返回值中的应用

const还常用于函数参数和返回值，以防止对传入参数或返回值的意外修改。

void printArray(const int *arr, int size) {
    // 防止修改入参 arr 所指向的数组内容
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");
}

const char* getString() {
    // 防止修改返回值，返回值为指针的时候
    static char str[] = "Hello, World!";
    return str;
}

三、volatile关键字

1. 作用

volatile关键字的作用是告诉编译器，每次对该变量的访问都要从内存或对应外设寄存器中取值放入CPU通用寄存器后再进行操作，防止编译器对代码进行优化。

2. 详解

CPU在读取数据时，会从指定地址处取值并搬运到CPU通用寄存器中进行处理。在不加volatile关键字时，对于频繁的操作，编译器可能会对代码的汇编指令进行优化，从而导致一些预期之外的结果。例如：

// 比如要往某一地址送两指令： 
int *ip = (int *)0x12345678; // 设备地址 
*ip = 1; // 第一个指令 
*ip = 2; // 第二个指令
// 编译器可能优化为：
int *ip = (int *)0x12345678; // 设备地址 
*ip = 2; // 第二个指令
// 造成第一条指令被忽略

// 使用 volatile 关键字
volatile int *ip = (volatile int *)0x12345678; // 设备地址 
*ip = 1; // 第一个指令 
*ip = 2; // 第二个指令

3. 使用场合

volatile关键字通常用于以下场合：

• 寄存器：在访问硬件寄存器时，由于寄存器的值可能会被硬件随时修改，因此需要使用volatile关键字确保每次访问都能获取到最新的值。
• 临界区访问的变量：在多线程或多任务环境中，临界区的变量可能会被其他线程或任务修改，使用volatile可以保证数据的一致性。
• 中断函数访问的全局或static变量：中断函数可能会在任何时候打断主程序的执行，对全局或静态变量进行修改，使用volatile可以确保主程序能够及时感知到这些变化。

4. 与Cache的区别

• volatile是对编译器的约束，它可以控制每次从RAM读取数据到通用寄存器，但无法控制从RAM到通用寄存器的过程（从RAM到寄存器要经过cache）。若两次被volatile修饰的读取指令过快，即使RAM中的值改变了，但由于读取过快没有更新cache，那么实际上搬运到通用寄存器的值来自于cache，此类情况下需要禁用cache。
• 编译器优化是针对于LDR命令的，从内存中读取数据到寄存器时不允许优化这一过程，而None-cache保护的是对内存数据的访问（volatile无法控制LDR命令执行后是否刷新cache）。

四、#define 与 const区别

五、防止头文件重复引用

在C语言中，为了防止头文件被重复引用，通常使用、和预处理指令。其原理是：当程序中第一次该文件时，由于尚未定义，所以会定义并执行“头文