如何写出高效优美的单片机C语言代码？

Posted 2021-04-25 面包板社区

程序能跑起来并不见得你的代码就是很好的c代码了，衡量代码的好坏应该从以下几个方面来看

1、代码稳定，没有隐患。
2、执行效率高。
3、可读性高。
4、便于移植。

下面发一些我在网上看到的技巧和自己的一些经验来和大家分享;

1、如果可以的话少用库函数，便于不同的mcu和编译器间的移植
2、选择合适的算法和数据结构

应该熟悉算法语言，知道各种算法的优缺点，具体资料请参见相应的参考资料，有很多计算机书籍上都有介绍。将比较慢的顺序查找法用较快的二分查找或乱序查找法代替，插入排序或冒泡排序法用快速排序、合并排序或根排序代替，都可以大大提高程序执行的效率。.选择一种合适的数据结构也很重要，比如你在一堆随机存放的数中使用了大量的插入和删除指令，那使用链表要快得多。数组与指针语句具有十分密码的关系，一般来说，指针比较灵活简洁，而数组则比较直观，容易理解。对于大部分的编译器，使用指针比使用数组生成的代码更短，执行效率更高。但是在Keil中则相反，使用数组比使用的指针生成的代码更短。

3、使用尽量小的数据类型

能够使用字符型(char)定义的变量，就不要使用整型(int)变量来定义;能够使用整型变量定义的变量就不要用长整型(long int)，能不使用浮点型(float)变量就不要使用浮点型变量。当然，在定义变量后不要超过变量的作用范围，如果超过变量的范围赋值，C编译器并不报错，但程序运行结果却错了，而且这样的错误很难发现。在ICCAVR中，可以在Options中设定使用printf参数，尽量使用基本型参数(%c、%d、%x、%X、%u和%s格式说明符)，少用长整型参数(%ld、%lu、%lx和%lX格式说明符)，至于浮点型的参数(%f)则尽量不要使用，其它C编译器也一样。在其它条件不变的情况下，使用%f参数，会使生成的代码的数量增加很多，执行速度降低。

4、使用自加、自减指令

通常使用自加、自减指令和复合赋值表达式(如a-=1及a+=1等)都能够生成高质量的程序代码，编译器通常都能够生成inc和dec之类的指令，而使用a=a+1或a=a-1之类的指令，有很多C编译器都会生成二到三个字节的指令。在AVR单片适用的ICCAVR、GCCAVR、IAR等C编译器以上几种书写方式生成的代码是一样的，也能够生成高质量的inc和dec之类的的代码。

5、减少运算的强度

可以使用运算量小但功能相同的表达式替换原来复杂的的表达式。如下：

(1)、求余运算。

a=a%8;

可以改为：

a=a&7;

说明：位操作只需一个指令周期即可完成，而大部分的C编译器的“%”运算均是调用子程序来完成，代码长、执行速度慢。通常，只要求是求2n方的余数，均可使用位操作的方法来代替。

(2)、平方运算

a=pow(a,2.0);

可以改为：

a=a*a;

说明：在有内置硬件乘法器的单片机中(如51系列)，乘法运算比求平方运算快得多，因为浮点数的求平方是通过调用子程序来实现的，在自带硬件乘法器的AVR单片机中，如ATMega163中，乘法运算只需2个时钟周期就可以完成。既使是在没有内置硬件乘法器的AVR单片机中，乘法运算的子程序比平方运算的子程序代码短，执行速度快。

如果是求3次方，如：

a=pow(a,3.0);

更改为：

a=a*a*a;

则效率的改善更明显。

(3)、用移位实现乘除法运算

a=a*4;b=b/4;

可以改为：

a=a<<2;b=b>>2;

说明：通常如果需要乘以或除以2n，都可以用移位的方法代替。在ICCAVR中，如果乘以2n，都可以生成左移的代码，而乘以其它的整数或除以任何数，均调用乘除法子程序。用移位的方法得到代码比调用乘除法子程序生成的代码效率高。实际上，只要是乘以或除以一个整数，均可以用移位的方法得到结果，如：

a=a*9

可以改为：

a=(a<<3)+a

6、循环

(1)、循环语

对于一些不需要循环变量参加运算的任务可以把它们放到循环外面，这里的任务包括表达式、函数的调用、指针运算、数组访问等，应该将没有必要执行多次的操作全部集合在一起，放到一个init的初始化程序中进行。

(2)、延时函数：

通常使用的延时函数均采用自加的形式：

void delay (void){unsigned int i;for (i=0;i<1000;i++);}

将其改为自减延时函数：

void delay (void){unsigned int i;for (i=1000;i>0;i--);}

两个函数的延时效果相似，但几乎所有的C编译对后一种函数生成的代码均比前一种代码少1~3个字节，因为几乎所有的MCU均有为0转移的指令，采用后一种方式能够生成这类指令。在使用while循环时也一样，使用自减指令控制循环会比使用自加指令控制循环生成的代码更少1~3个字母。但是在循环中有通过循环变量“i”读写数组的指令时，使用预减循环时有可能使数组超界，要引起注意。

(3)while循环和do…while循环

用while循环时有以下两种循环形式：

unsigned int i;i=0;while (i<1000){i++;//用户程序}

或：

unsigned int i;i=1000;doi--;//用户程序while (i>0);

在这两种循环中，使用do…while循环编译后生成的代码的长度短于while循环。

7、查表

在程序中一般不进行非常复杂的运算，如浮点数的乘除及开方等，以及一些复杂的数学模型的插补运算，对这些即消耗时间又消费资源的运算，应尽量使用查表的方式，并且将数据表置于程序存储区。如果直接生成所需的表比较困难，也尽量在启了，减少了程序执行过程中重复计算的工作量。

8、其它

比如使用在线汇编及将字符串和一些常量保存在程序存储器中，均有利于优化

C语言宏定义技巧(常用宏定义)

写好C语言，漂亮的宏定义很重要，使用宏定义可以防止出错，提高可移植性，可读性，方便性 等等。下面列举一些成熟软件中常用得宏定义。。。。。。

相关链接：新手入门系列中的C语言优秀编程风格说明：http://www.avrvi.com/start/guide_avr_c_good.html

CODE:

1、防止一个头文件被重复包含

#ifndef COMDEF_H#define COMDEF_H//头文件内容#endif

2、重新定义一些类型，防止由于各种平台和编译器的不同，而产生的类型字节数差异，方便移植。

typedef unsigned char boolean; /* Boolean value type. */typedef unsigned long int uint32; /* Unsigned 32 bit value */typedef unsigned short uint16; /* Unsigned 16 bit value */typedef unsigned char uint8; /* Unsigned 8 bit value */typedef signed long int int32; /* Signed 32 bit value */typedef signed short int16; /* Signed 16 bit value */typedef signed char int8; /* Signed 8 bit value *///下面的不建议使用typedef unsigned char byte; /* Unsigned 8 bit value type. */typedef unsigned short word; /* Unsinged 16 bit value type. */typedef unsigned long dword; /* Unsigned 32 bit value type. */typedef unsigned char uint1; /* Unsigned 8 bit value type. */typedef unsigned short uint2; /* Unsigned 16 bit value type. */typedef unsigned long uint4; /* Unsigned 32 bit value type. */typedef signed char int1; /* Signed 8 bit value type. */typedef signed short int2; /* Signed 16 bit value type. */typedef long int int4; /* Signed 32 bit value type. */typedef signed long sint31; /* Signed 32 bit value */typedef signed short sint15; /* Signed 16 bit value */typedef signed char sint7; /* Signed 8 bit value */

3、得到指定地址上的一个字节或字

#define MEM_B( x ) ( *( (byte *) (x) ) )#define MEM_W( x ) ( *( (word *) (x) ) )

4、求最大值和最小值

#define MAX( x, y ) ( ((x) > (y)) ? (x) : (y) )#define MIN( x, y ) ( ((x) < (y)) ? (x) : (y) )

5、得到一个field在结构体(struct)中的偏移量

#define FPOS( type, field ) \/*lint -e545 */ ( (dword) &(( type *) 0)-> field ) /*lint +e545 */

6、得到一个结构体中field所占用的字节数

#define FSIZ( type, field ) sizeof( ((type *) 0)->field )

7、按照LSB格式把两个字节转化为一个Word

#define FLIPW( ray ) ( (((word) (ray)[0]) * 256) + (ray)[1] )

8、按照LSB格式把一个Word转化为两个字节

#define FLOPW( ray, val ) \(ray)[0] = ((val) / 256); \(ray)[1] = ((val) & 0xFF)

9、得到一个变量的地址(word宽度)

#define B_PTR( var ) ( (byte *) (void *) &(var) )#define W_PTR( var ) ( (word *) (void *) &(var) )

10、得到一个字的高位和低位字节

#define WORD_LO(xxx) ((byte) ((word)(xxx) & 255))#define WORD_HI(xxx) ((byte) ((word)(xxx) >> 8))

11、返回一个比X大的最接近的8的倍数

#define RND8( x ) ((((x) + 7) / 8 ) * 8 )

12、将一个字母转换为大写

#define UPCASE( c ) ( ((c) >= 'a' && (c) <= 'z') ? ((c) - 0x20) : (c) )

13、判断字符是不是10进值的数字

#define DECCHK( c ) ((c) >= '0' && (c) <= '9')

14、判断字符是不是16进值的数字

#define HEXCHK( c ) ( ((c) >= '0' && (c) <= '9') ||\((c) >= 'A' && (c) <= 'F') ||\((c) >= 'a' && (c) <= 'f') )

15、防止溢出的一个方法

#define INC_SAT( val ) (val = ((val)+1 > (val)) ? (val)+1 : (val))

16、返回数组元素的个数

#define ARR_SIZE( a ) ( sizeof( (a) ) / sizeof( (a[0]) ) )

17、返回一个无符号数n尾的值MOD_BY_POWER_OF_TWO(X,n)=X%(2^n)

#define MOD_BY_POWER_OF_TWO( val, mod_by ) \( (dword)(val) & (dword)((mod_by)-1) )

18、对于IO空间映射在存储空间的结构，输入输出处理

#define inp(port) (*((volatile byte *) (port)))#define inpw(port) (*((volatile word *) (port)))#define inpdw(port) (*((volatile dword *)(port)))#define outp(port, val) (*((volatile byte *) (port)) = ((byte) (val)))#define outpw(port, val) (*((volatile word *) (port)) = ((word) (val)))#define outpdw(port, val) (*((volatile dword *) (port)) = ((dword) (val)))

19、使用一些宏跟踪调试

A N S I标准说明了五个预定义的宏名。它们是：

_ L I N E _
_ F I L E _
_ D A T E _
_ T I M E _
_ S T D C _

如果编译不是标准的，则可能仅支持以上宏名中的几个，或根本不支持。记住编译程序也许还提供其它预定义的宏名。

_ L I N E _及_ F I L E _宏指令在有关# l i n e的部分中已讨论，这里讨论其余的宏名。

_ D AT E _宏指令含有形式为月/日/年的串，表示源文件被翻译到代码时的日期。

源代码翻译到目标代码的时间作为串包含在_ T I M E _中。串形式为时：分：秒。

如果实现是标准的，则宏_ S T D C _含有十进制常量1。如果它含有任何其它数，则实现是非标准的。

可以定义宏，例如: 当定义了_DEBUG，输出数据信息和所在文件所在行

#ifdef _DEBUG#define DEBUGMSG(msg,date) printf(msg);printf(“%d%d%d”,date,_LINE_,_FILE_)#else#define DEBUGMSG(msg,date)#endif

20、宏定义防止使用时错误用小括号包含。

例如：

#define ADD(a,b) (a+b)

用do{}while(0)语句包含多语句防止错误

例如：

#difne DO(a,b) a+b;\a++;

应用时：

if(….)DO(a,b); //产生错误else

解决方法:

#difne DO(a,b) do{a+b;\a++;}while(0)

宏中"#"和"##"的用法

一、一般用法

我们使用#把宏参数变为一个字符串,用##把两个宏参数贴合在一起.

用法:

#include#includeusing namespace std;#define STR(s) #s#define CONS(a,b) int(a##e##b)int main(){printf(STR(vck)); // 输出字符串"vck"printf("%d\n", CONS(2,3)); // 2e3 输出:2000return 0;}

二、当宏参数是另一个宏的时候

需要注意的是凡宏定义里有用'#'或'##'的地方宏参数是不会再展开.

1, 非'#'和'##'的情况

#define TOW (2)#define MUL(a,b) (a*b)printf("%d*%d=%d\n", TOW, TOW, MUL(TOW,TOW));

这行的宏会被展开为：

printf("%d*%d=%d\n", (2), (2), ((2)*(2)));

MUL里的参数TOW会被展开为(2).

2, 当有'#'或'##'的时候

#define A (2)#define STR(s) #s#define CONS(a,b) int(a##e##b)printf("int max: %s\n", STR(INT_MAX)); // INT_MAX #include

这行会被展开为：

printf("int max: %s\n", "INT_MAX");printf("%s\n", CONS(A, A)); // compile error

这一行则是：

printf("%s\n", int(AeA));

INT_MAX和A都不会再被展开, 然而解决这个问题的方法很简单. 加多一层中间转换宏. 加这层宏的用意是把所有宏的参数在这层里全部展开, 那么在转换宏里的那一个宏(_STR)就能得到正确的宏参数。

#define A (2)#define _STR(s) #s#define STR(s) _STR(s) // 转换宏#define _CONS(a,b) int(a##e##b)#define CONS(a,b) _CONS(a,b) // 转换宏printf("int max: %s\n", STR(INT_MAX)); // INT_MAX,int型的最大值，为一个变量 #include

输出为:

int max: 0x7fffffffSTR(INT_MAX) --> _STR(0x7fffffff) 然后再转换成字符串;printf("%d\n", CONS(A, A))

输出为：200

CONS(A, A) --> _CONS((2), (2)) --> int((2)e(2))

三、'#'和'##'的一些应用特例

1、合并匿名变量名

#define ___ANONYMOUS1(type, var, line) type var##line#define __ANONYMOUS0(type, line) ___ANONYMOUS1(type, _anonymous, line)#define ANONYMOUS(type) __ANONYMOUS0(type, __LINE__)

例：ANONYMOUS(static int); 即: static int _anonymous70; 70表示该行行号;

第一层：ANONYMOUS(static int); --> __ANONYMOUS0(static int, __LINE__);

第二层：--> ___ANONYMOUS1(static int, _anonymous, 70);

第三层：--> static int _anonymous70;

即每次只能解开当前层的宏，所以__LINE__在第二层才能被解开;

2、填充结构

#define FILL(a) {a, #a}enum IDD{OPEN, CLOSE};typedef struct MSG{IDD id;const char * msg;}MSG;MSG _msg[] = {FILL(OPEN), FILL(CLOSE)};

相当于：

MSG _msg[] = {{OPEN, "OPEN"},{CLOSE, "CLOSE"}};

3、记录文件名

#define _GET_FILE_NAME(f) #f#define GET_FILE_NAME(f) _GET_FILE_NAME(f)static char FILE_NAME[] = GET_FILE_NAME(__FILE__);

4、得到一个数值类型所对应的字符串缓冲大小

#define _TYPE_BUF_SIZE(type) sizeof#type#define TYPE_BUF_SIZE(type) _TYPE_BUF_SIZE(type)char buf[TYPE_BUF_SIZE(INT_MAX)]; --> char buf[_TYPE_BUF_SIZE(0x7fffffff)]; --> char buf[sizeof "0x7fffffff"];

这里相当于：char buf[11];

最后，写单片机程序也是程序，也要遵循写软件的一些基本原则，不是为了完成功能那么简单。我看过的所有的C语言单片机书籍基本都不注重模块化思想，完全是拿着C当汇编用，简直是在糟蹋C语言!

如下问题，几乎所有的单片机书籍中都大量存在(更别说网上的和现实中的代码了，书上都写的那么差劲，学的人能好到哪里去)：

1、变量到处定义，根本不管变量的生命周期是否合适(请回答：全局变量、局部变量、静态变量、volatile变量有什么区别联系?)

2、变量名称极不规范，根本从名字上看不出来这个变量类型是什么，到底想干什么。

3、函数定义几乎不用参数，全都是void

4、语句写的一点都不直观，根本就是在用汇编。比如：想取一个字长的高字节和低字节，应该定义一个宏或是函数来做，如#define HIBYTE(w) ((BYTE)((DWORD)(w) >>  8))，以后直接用HIBYTE()多直观，难道非得用(BYTE)((DWORD)(w) >> 8)代表你的移位操作的水平很高吗?

5、最重要的一点，没有建立模块化的编程思想。一个程序往往要很多部分协同工作，需要把不同的功能分离出来单独创建一个.h和.c的文件，然后在头文件中把可以访问的函数暴露出来。

6、不思考曾经做过的程序是否还有改进的余地，写程序如果只是为了写而写，一辈子也长进不了多少!

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