C语言熟练操作内存

Posted 2021-06-04 嵌入式基地

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嵌入式编程之内存操作

数据指针

在嵌入式系统编程中，经常会对特定的内存单元进行读写操作。在汇编中有对应的MOV指令，而在C/C++以及其他高级语言中基本没有直接操作绝对地址的能力。而在嵌入式系统的实际开发调试过程中，大多情况会借助C语言指针多具备的对绝对地址单元内容的读写能力。
直接使用指针操作内存，主要分为以下几种情况：

• 某I/O芯片被定位在CPU的存储空间而非I/O空间，而且寄存器对应的是特定的地址
• 两个CPU之间以双端口RAM进行通信，CPU需要在双端口RAM的特定单元（mail box）书写内容以在对方CPU产生中断。
• 读写ROM或FLASH的特定单元所烧录的汉字或英文字模

< 在绝对地址0x01写入10
unsigned char *p = (unsigned char *)0x01;
*p = 10;

使用绝对地址时，需要注意指针自增自减的结果取决于指针指向的数据类型。

int *p = (int *)0x01;

p++的结果为：p = p + sizeof(int);p–的结果为：p = p - sizeof(int);
cpu以字节为单位编址，而C语言指针以指向的数据类型长度作为自增自减

函数指针

• C 语言中函数名直接对应于函数生成的指令代码在内存中的地址，因此函数名可以直接赋给指向函数的指针
• 调用函数实际上等同于"调转指令＋参数传递处理＋回归位置入栈"，本质上最核心的操作是将函数生成的目标代码的首地址赋给CPU 的PC 寄存器
• 因为函数调用的本质是跳转到某一个地址单元的code 去执行，所以可以"调用"一个根本就不存在的函数实体

typedef void (*lpFunction) ( ); < 定义一个无参数、无返回类型的函数指针类型
< 定义一个函数指针，指向CPU 启动后所执行第一条指令的位置
lpFunction lpReset = (lpFunction)0xF000FFF0;
lpReset();   < 函数调用

《微型计算机原理》中讲到，186 CPU 启动后跳转至绝对地址0xFFFF0，该地址对应到C语言中为上述例子中的0xF000FFF0，其中0xF000为段地址，0xFFF0为段内偏移。
在上述例子中，根本没有定义函数，但是却能够执行lpReset()函数的调用，它实际的作用为"软重启"，使程序跳转到CPU启动后第一条要执行的执行位置。

动态申请内存

在嵌入式系统中动态内存申请存在比一般系统编程时更严格的要求，这是因为嵌入式系统的内存空间往往是十分有限的，不经意的内存泄露会很快导致系统的崩溃。
因此，maloc和free一般要保证成对出现。

char *Function(void) {
  char *p = NULL;
  p = (char *)malloc(sizeof(char));
  ...
  return p;
}

void main() {
  char *q = Function();
  ...
  free(q);
}

上面这个例子明显是不合理的，因为它违反了"谁申请，就由谁释放"的原则。若程序不满足这个原则的话，会导致代码的耦合度增大，使用者需要在调用的时候知道Function()函数中的具体实现。
正确做法应该如下：

void Function(char*p) {
  ...
}

void main() {
  char *q = malloc(sizeof(char));
  ...
  Function(q);
  ...
  free(q);
}