整理编写高质量的单片机C程序.docx

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整理编写高质量的单片机C程序

§5编写高质量的单片机C程序

收集于网络

高质量的单片机C程序代码运行效率高、可读性和可维护性强。

在编写小型的单片机程

序时,代码质量的重要性可能不是很明显。

但如果要编写较大规模的程序,特别是多人合作

编写程序时,这一点就变得十分重要了。

本章内容以林锐的《高质量C++/C编程指南》为蓝

本,针对单片机编程的实际各部进行了大量删节和改写。

5.1文件结构

每个单片机C程序通常分为两种文件。

一个文件用于保存程序的声明(declaration),

称为头文件。

另一个文件用于保存程序的实现(implementation),称为定义(definition)

文件。

程序的头文件以“.h”为后缀,定义文件以“.c”为后缀。

5.1.1版权和版本的声明

版权和版本的声明位于头文件和定义文件的开头(参见示例5.1),主要内容有:

(1)版权信息。

(2)文件名称,标识符,摘要。

(3)当前版本号,作者/修改者,完成日期。

(4)版本历史信息。

/*

*Copyright(c)2001,上海贝尔有限公司网络应用事业部

*Allrightsreserved.

*

*文件名称:

filename.h

*文件标识:

见配置管理计划书

*摘要:

简要描述本文件的内容

*

*当前版本:

1.1

*作者:

输入作者(或修改者)名字

*完成日期:

2001年7月20日

*

*取代版本:

1.0

*原作者:

输入原作者(或修改者)名字

*完成日期:

2001年5月10日

*/

示例5.1版权和版本的声明

5.1.2头文件的结构

头文件由三部分内容组成:

(1)头文件开头处的版权和版本声明(参见示例5.1)。

(2)预处理块。

(3)函数声明等。

假设头文件名称为graphics.h,头文件的结构参见示例5.2。

【规则5-1-2-1】为了防止头文件被重复引用,应当用ifndef/define/endif结构产生预处理

块。

【规则5-1-2-2】用#include格式来引用标准库的头文件(编译器将从标准

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库目录开始搜索)。

【规则5-1-2-3】用#include“filename.h”格式来引用非标准库的头文件(编译器将从用户

的工作目录开始搜索)。

〖建议5-1-2-1〗头文件中只存放“声明”而不存放“定义”。

〖建议5-1-2-2〗不提倡使用全局变量,尽量少在头文件中出现象externintvalue这类声明。

但是,全局变量是中断处理函数与外界程序进行数据交换的唯一途径,因此,几乎每一个单

片机程序都会定义全局变量。

在单片机C程序中,全局变量使用的频率要比普通的C程序高,

但仍应遵守能不用全局变量的地方就不用全局变量的原则。

//版权和版本声明见示例1-1,此处省略。

#ifndefGRAPHICS_H//防止graphics.h被重复引用

#defineGRAPHICS_H

#include//引用标准库的头文件

#include“myheader.h”//引用非标准库的头文件

voidFunction1(…);//全局函数声明

#endif

示例5.2C头文件的结构

5.1.3定义文件的结构

定义文件有三部分内容:

(1)定义文件开头处的版权和版本声明(参见示例5.1)。

(2)对一些头文件的引用。

(3)程序的实现体(包括数据和代码)。

假设定义文件的名称为graphics.c,定义文件的结构参见示例5.3。

//版权和版本声明见示例5.1,此处省略。

#include“graphics.h”//引用头文件

//全局函数的实现体

voidFunction1(…)

{

}

示例5.3C定义文件的结构

5.1.4目录结构

如果一个程序的头文件数目比较多(如超过十个),通常应将头文件和定义文件分别保

存于不同的目录,以便于维护。

例如可以将头文件保存于include目录,将定义文件保存于source目录(可以是多级目

录)。

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5.2程序的版式

版式虽然不会影响程序的功能,但会影响可读性。

程序的版式追求清晰、美观,是程序

风格的重要构成因素。

程序的版式好比为“书法”。

好的“书法”可让人对程序一目了然,看得兴致勃勃。

的程序“书法”如螃蟹爬行,让人看得索然无味,更令维护者烦恼有加。

5.2.1空行

空行起着分隔程序段落的作用。

空行得体(不过多也不过少)将使程序的布局更加清晰。

空行不会浪费内存,虽然打印含有空行的程序是会多消耗一些纸张,但是值得。

所以不要舍

不得用空行。

【规则5-2-1-1】在每个函数定义结束之后都要加空行。

参见示例5.4(a)。

【规则5-2-1-2】在一个函数体内,逻辑上密切相关的语句之间不加空行,其它地方应加空行

分隔。

参见示例5.4(b)。

//空行//空行

voidFunction1(…)while(condition)

{{

…statement1;

}//空行

//空行if(condition)

voidFunction2(…){

{statement2;

…}

}else

//空行{

voidFunction3(…)statement3;

{}

…//空行

}statement4;

}

示例5.4(a)函数之间的空行示例5.4(b)函数内部的空行

5.2.2代码行

【规则5-2-2-1】一行代码只做一件事情,如只定义一个或一组相关的变量,或只写一条语句。

这样的代码容易阅读,并且方便于写注释。

【规则5-2-2-2】if、for、while、do等语句自占一行,执行语句不得紧跟其后。

不论执行语

句有多少都要加{}。

这样可以防止书写失误。

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x=a+b;X=a+b;y=c+d;z=e+f;

y=c+d;

z=e+f;

if(width

{

dosomething();

}

forfor(initialization;condition;update)(initialization;condition;update)

{dosomething();

dosomething();other();

}

//空行

other();

示例5.5(a)风格良好的代码行示例5.5(b)风格不良的代码行

〖建议5-2-2-1〗尽可能在定义变量的同时初始化该变量(就近原则)。

如果变量的引用处和

其定义处相隔比较远,变量的初始化很容易被忘记。

如果引用了未被初始化的变量,可能会

导致程序错误。

本建议可以减少隐患。

例如

intwidth=10;//定义并初始化width

intheight=10;//定义并初始化height

intdepth=10;//定义并初始化depth

5.2.3代码行内的空格

【规则5-2-3-1】关键字之后要留空格。

像const、virtual、inline、case等关键字之后至少

要留一个空格,否则无法辨析关键字。

像if、for、while等关键字之后应留一个空格再跟左

括号‘(’,以突出关键字。

【规则5-2-3-2】函数名之后不要留空格,紧跟左括号‘(’,以与关键字区别。

【规则5-2-3-3】‘(’向后紧跟,‘)’、‘,’、‘;’向前紧跟,紧跟处不留空格。

【规则5-2-3-4】‘,’之后要留空格,如Function(x,y,z)。

如果‘;’不是一行的结束符

号,其后要留空格,如

for(initialization;condition;update)。

【规则5-2-3-5】赋值操作符、比较操作符、算术操作符、逻辑操作符、位域操作符,如“=”、

“+=”“>=”、“<=”、“+”、“*”、“%”、“&&”、“||”、“<<”,“^”等二元操

作符的前后应当加空格。

【规则5-2-3-6】一元操作符如“!

”、“~”、“++”、“--”、“&”(地址运算符)等前

后不加空格。

【规则5-2-3-7】像“[]”、“.”、“->”这类操作符前后不加空格。

〖建议5-2-3-1〗对于表达式比较长的for语句和if语句,为了紧凑起见可以适当地去掉一些

空格,如

for(i=0;i<10;i++)和if((a<=b)&&(c<=d))

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voidFunc1(intx,inty,intz);//良好的风格

voidFunc1(intx,inty,intz);//不良的风格

if(year>=2000)//良好的风格

if(year>=2000)//不良的风格

if((a>=b)&&(c<=d))//良好的风格

if(a>=b&&c<=d)//不良的风格

for(i=0;i<10;i++)//良好的风格

for(i=0;i<10;i++)//不良的风格

for(i=0;i<10;i++)//过多的空格

x=a

a:

b;//良好的风格

x=a

a:

b;//不好的风格

array[5]=0;//不要写成array[5]=0;

a.member;//不要写成a.member;

b->member;//不要写成b->member;

示例5.6代码行内的空格

5.2.4对齐

【规则5-2-4-1】程序的分界符‘{’和‘}’应独占一行并且位于同一列,同时与引用它们的

语句左对齐。

【规则5-2-4-2】{}之内的代码块在‘{’右边数格处左对齐。

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voidFunction(intx)voidFunction(intx){

{…//programcode

…//programcode}

}

if(condition)if(condition){

{…//programcode

…//programcode}

}else{

else…//programcode

{}

…//programcode

}

for(initialization;condition;update)for(initialization;condition;update){

{…//programcode

…//programcode}

}

While(condition)while(condition){

{…//programcode

…//programcode}

}

如果出现嵌套的{},则使用缩进对齐,如:

{

{

}

}

示例5.7(a)风格良好的对齐示例5.7(b)风格不良的对齐

5.2.5长行拆分

【规则5-2-5-1】代码行最大长度宜控制在70至80个字符以内。

代码行不要过长,否则眼睛看

不过来,也不便于打印。

【规则5-2-5-2】长表达式要在低优先级操作符处拆分成新行,操作符放在新行之首(以便突

出操作符)。

拆分出的新行要进行适当的缩进,使排版整齐,语句可读。

if((very_longer_variable1>=very_longer_variable12)

&&(very_longer_variable3<=very_longer_variable14)

&&(very_longer_variable5<=very_longer_variable16))

{

dosomething();

}

5.2.6修饰符的位置

修饰符“*”应该靠近数据类型还是该靠近变量名,是个有争议的活题。

若将修饰符“*”

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靠近数据类型,例如:

int*x;从语义上讲此写法比较直观,即x是int类型的指针。

上述写

法的弊端是容易引起误解,例如:

int*x,y;此处y容易被误解为指针变量。

虽然将x和y分

行定义可以避免误解,但并不是人人都愿意这样做。

【规则2-6-1】应当将修饰符“*”紧靠变量名。

例如:

char*name;

int*x,y;//此处y不会被误解为指针

5.2.7注释

程序块的注释常采用“/*…*/”,行注释一般采用“//…”。

注释通常用于:

(1)版本、版权声明;

(2)函数接口说明;

(3)重要的代码行或段落提示。

虽然注释有助于理解代码,但注意不可过多地使用注释。

参见示例5.8。

【规则5-2-7-1】注释是对代码的“提示”,而不是文档。

程序中的注释不可喧宾夺主,注释

太多了会让人眼花缭乱。

注释的花样要少。

【规则5-2-7-2】如果代码本来就是清楚的,则不必加注释。

否则多此一举,令人厌烦。

例如:

i++;//i加1,多余的注释

【规则5-2-7-3】边写代码边注释,修改代码同时修改相应的注释,以保证注释与代码的一致

性。

不再有用的注释要删除。

【规则5-2-7-4】注释应当准确、易懂,防止注释有二义性。

错误的注释不但无益反而有害。

【规则5-2-7-5】尽量避免在注释中使用缩写,特别是不常用缩写。

【规则5-2-7-6】注释的位置应与被描述的代码相邻,可以放在代码的上方或右方,不可放在

下方。

【规则5-2-7-7】当代码比较长,特别是有多重嵌套时,应当在一些段落的结束处加注释,便

于阅读。

/*if(…)

*函数介绍:

{

*输入参数:

*输出参数:

while(…)

*返回值:

{

*/…

voidFunction(floatx,floaty,floatz)}//endofwhile

{…

…}//endofif

}

示例5.8程序的注释

5.3单片机程序命名规则与变量选择

5.3.1简单单片机程序命名规则

比较著名的命名规则当推Microsoft公司的“匈牙利”法,该命名规则的主要思想是“在

变量和函数名中加入前缀以增进人们对程序的理解”。

例如所有的字符变量均以ch为前缀,

若是指针变量则追加前缀p。

如果一个变量由ppch开头,则表明它是指向字符指针的指针。

“匈牙利”法最大的缺点是烦琐,例如

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inti,j,k;

floatx,y,z;

倘若采用“匈牙利”命名规则,则应当写成

intiI,iJ,ik;//前缀i表示int类型

floatfX,fY,fZ;//前缀f表示float类型

如此烦琐的程序会让绝大多数程序员无法忍受。

据考察,没有一种命名规则可以让所有的程序员赞同,程序设计教科书一般都不指定命

名规则。

命名规则对软件产品而言并不是“成败悠关”的事,我们不要化太多精力试图发明

世界上最好的命名规则,而应当制定一种令大多数项目成员满意的命名规则,并在项目中贯

彻实施。

单片机C程序用到的变量和常量类型较少,因此命名规则并不需要十分复杂。

【规则5-3-1-1】标识符应当直观且可以拼读,可望文知意,不必进行“解码”。

标识符最好

采用英文单词或其组合,便于记忆和阅读。

切忌使用汉语拼音来命名。

程序中的英文单词一

般不会太复杂,用词应当准确。

例如不要把CurrentValue写成NowValue。

【规则5-3-1-2】标识符的长度应当符合“min-length&&max-information”原则。

单字符

的名字也是有用的,常见的如i,j,k,m,n,x,y,z等,它们通常可用作函数内的局部变量。

【规则5-3-1-3】程序中不要出现仅靠大小写区分的相似的标识符。

例如:

intx,X;//变量x与X容易混淆

voidfoo(intx);//函数foo与FOO容易混淆

voidFOO(floatx);

【规则5-3-1-4】程序中不要出现标识符完全相同的局部变量和全局变量,尽管两者的作用域

不同而不会发生语法错误,但会使人误解。

【规则5-3-1-5】变量的名字应当使用“名词”或者“形容词+名词”。

例如:

floatvalue;

floatoldValue;

floatnewValue;

【规则5-3-1-6】用正确的反义词组命名具有互斥意义的变量或相反动作的函数等。

例如:

intminValue;

intmaxValue;

intSetValue(…);

intGetValue(…);

〖建议5-3-1-1〗尽量避免名字中出现数字编号,如Value1,Value2等,除非逻辑上的确需要

编号。

这是为了防止程序员偷懒,不肯为命名动脑筋而导致产生无意义的名字(因为用数字

编号最省事)。

【规则5-3-1-7】函数名用大写字母开头的单词组合而成,变量用小写字母开头的单词组合而

成。

例如:

voidDraw(void);//函数名

voidSetValue(intcurrentValue);//函数名与变量名

【规则5-3-1-8】常量全用大写的字母,用下划线分割单词。

例如:

constintMAX=100;

constintMAX_LENGTH=100;

【规则5-3-1-9】静态变量加前缀s_(表示static)。

例如:

voidInit(…)

{

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staticints_initValue;//静态变量

}

【规则5-3-1-10】全局变量加前缀g_(表示global)。

例如:

intg_HowManyPeople;//全局变量

【规则5-3-1-11】bit型变量加前缀b,整型变量加前缀i,浮点型变量加前缀f,有符号数加

前缀sn_,unsignedchar型变量不加前缀。

由于8位的单片机程序所用到的数据类型大多数为unsignedchar,上述数据类型除bit

型外在单片机程序中甚少出现(如果你的单片机程序中有较多的其它类型的变量,你应该检

讨一下你是否应该优化一下你的代码了)。

因此上述命名规则并不会增加程序编写时的麻烦。

例如:

unsignedcharCount;

bitblocked;

unsignedintiCount;

floatfPoint;

intsn_iCount;

5.3.2单片机程序变量与常量的类型选择

一个单片机的内存资源是十分有限的。

而变量存在于内存中,同时,变量的使用效率还

要受到单片机体系结构的影响。

因此,单片机的变量选择受到了很大的限制。

【规则5-3-2-1】采用短变量。

一个提高代码效率的最基本的方式就是减小变量的长度。

使用C编程时我们都习惯于对

循环控制变量使用int类型,这对8位的单片机来说是一种极大的浪费。

你应该仔细考虑你所

声明的变量值可能的范围,然后选择合适的变量类型。

很明显,经常使用的变量应该是

unsignedchar,它只占用一个字节。

【规则5-3-2-2】使用无符号类型的变量。

为什么要使用无符号类型呢?

原因是MCS-51不支持符号运算。

程序中也不要使用含有带

符号变量的外部代码。

除了根据变量长度来选择变量类型外,你还要考虑变量是否会用于负

数的场合。

如果你的程序中可以不需要负数,那么把变量都定义成无符号类型的。

【规则5-3-2-3】避免使用浮点数。

在8位操作系统上使用32位浮点数是得不偿失的。

你可以这样做但会浪费大量的时间。

所以当你要在系统中使用浮点数的时候,你要问问自己这是否一定需要。

【规则5-3-2-4】使用位变量

对于某些标志位,应使用位变量而不是unsignedchar,这将节省你的内存。

你不用多

浪费7位存储区。

而且位变量在RAM中访问,它们只需要一个处理周期。

常量的使用在程序中起到举足轻重的作用。

常量的合理使用可以提高程序的可读性、可

维护性。

【规则5-3-2-5】尽量用宏定义常量。

不便用宏定义的常量应分析程序需要后再决定定义在单

片机的内存还是程序存储器中。

通常定义在程序存储器中是比较好的选择。

通过宏定义的常量并不占用单片机的任何存储空间,而只是告诉编译器在编译时把标识

符替换一下,这在资源受限的单片机程序中显得非常有用。

用code关键字定义的常量放在单

片机的程序存储器中;用const关键字定义的常量放在单片机的RAM中,要占用单片机的变量

存储空间。

而单片机的程序存储器毕竟要比RAM大得多,所以当要定义比较大的常量数组时,

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用code关键字定义常量要比用const关键字定义合理一些。

【规则5-3-2-6】需要对外公开的常量放在头文件中,不需要对外公开的常量放在定义文件的

头部。

为便于管理,可以把不同模块的常量集中存放在一个公共的头文件中。

【规则5-3-2-7】如果某一常量与其它常量密切相关,应在定义中包含这种关系,而不应给出

一些孤立的值。

例如:

#defineRADIUS100

#defineDIAMETERRADIUS*2

5.4表达式和基本语句

5.4.1运算符的优先级

【规则5-4-1-1】如果代码行中的运算符比较多,用括号确定表达式的操作顺序,避免使用默

认的优先级。

由于把C语言运算的优先级熟记是比较困难的,为了防止产生歧义并提高可读性,应当

用括号确定表达式的操作顺序。

例如:

word=(high<<8)|low

if((a|b)&&(a&c))

5.4.2复合表达式

如a=b=c=0这样的表达式称为复合表达式。

允许复合表达式存在的理由是:

(1)书写简洁;

(2)可以提高编译效率。

但要防止滥用复合表达式。

【规则5-4-2-1】不要编写太复杂的复合表达式。

例如:

i=a>=b&&c

【规则5-4-2-2】不要有多用途

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