嵌入式 C 語言編程中的全局變量問題

我是老溫，一名熱愛學(xué)習(xí)的嵌入式工程師
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工作也有些年頭了，從一位技術(shù)新人成長到現(xiàn)在自詡小牛級(jí)別的人物，少不了要自己尋找資料閱讀。
論壇上、書店里、雜志上......要嘛是些菜鳥淺薄的自炫處女貼，要嘛是高屋建瓴云里來霧里去的概念文，好不容易遇到個(gè)實(shí)踐型高手寫的文章，卻在漸入佳境之際嘎然而止。本是隔靴搔癢，看完后心中更是郁結(jié)不已。也罷，今日且強(qiáng)裝回大牛，獻(xiàn)丑談一談嵌入式C編程中全局變量問題。嵌入式特別是單片機(jī)os-less的程序，最易范的錯(cuò)誤是全局變量滿天飛。這個(gè)現(xiàn)象在早期匯編轉(zhuǎn)型過來的程序員以及初學(xué)者中常見，這幫家伙幾乎把全局變量當(dāng)作函數(shù)形參來用。在.h文檔里面定義許多雜亂的結(jié)構(gòu)體，extern一堆令人頭皮發(fā)麻的全局變量，然后再這個(gè)模塊里邊賦值123，那個(gè)模塊里邊判斷123分支決定做什么。每當(dāng)看到這種程序，我總要戚眉變臉而后拍桌怒喝。沒錯(cuò)，就是怒喝。我不否認(rèn)全局變量的重要性，但我認(rèn)為要十分謹(jǐn)慎地使用它，濫用全局變量會(huì)引申帶來其它更為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性系統(tǒng)問題。諸位看官，且聽我細(xì)細(xì)道來1、它會(huì)造成不必要的常量頻繁使用，特別當(dāng)這個(gè)常量沒有用宏定義“正名”時(shí)，代碼閱讀起來將萬分吃力。2、它會(huì)導(dǎo)致軟件分層的不合理，全局變量相當(dāng)于一條快捷通道，它容易使程序員模糊了“設(shè)備層”和“應(yīng)用層”之間的邊界。寫出來的底層程序容易自作多情地關(guān)注起上層的應(yīng)用。這在軟件系統(tǒng)的構(gòu)建初期的確效率很高，功能調(diào)試進(jìn)度一日千里，但到了后期往往bug一堆，處處“補(bǔ)丁”，雷區(qū)遍布。說是度日如年舉步維艱也不為過。3、由于軟件的分層不合理，到了后期維護(hù)，哪怕僅是增加修改刪除小功能，往往要從上到下掘地三尺地修改，涉及大多數(shù)模塊，而原有的代碼注釋卻忘了更新修改，這個(gè)時(shí)候，交給后來維護(hù)者的系統(tǒng)會(huì)越來越像一個(gè)“泥潭”，注釋的唯一作用只是使泥潭上方再加一些迷煙瘴氣。4、全局變量大量使用，少不了有些變量流連忘返于中斷與主回圈程序之間。這個(gè)時(shí)候如果處理不當(dāng)，系統(tǒng)的bug就是隨機(jī)出現(xiàn)的，無規(guī)律的，這時(shí)候初步顯示出病入膏肓的特征來了，沒有大牛來力挽狂瀾，注定慢性死亡。無需多言，您已經(jīng)成功得到一個(gè)畸形的系統(tǒng)，它處于一個(gè)神秘的穩(wěn)定狀態(tài)！你看著這臺(tái)機(jī)器，機(jī)器也看著你，相對無言，心中發(fā)毛。你不確定它什么時(shí)候會(huì)崩潰，也不曉得下一次投訴什么時(shí)候道理。現(xiàn)實(shí)層面的后果是什么1、“老人”氣昂昂，因?yàn)橄到y(tǒng)離不開他，所有“雷區(qū)”只有他了然于心。當(dāng)出現(xiàn)緊急的bug時(shí)，只有他能夠搞定。你不但不能辭退他，還要給他加薪。2、新人見光死，但凡招聘來維護(hù)這個(gè)系統(tǒng)的，除了改出更多的bug外，基本上一個(gè)月內(nèi)就走人，到了外面還宣揚(yáng)這個(gè)公司的軟件質(zhì)量有夠差夠爛。3、隨著產(chǎn)品的后續(xù)升級(jí)，幾個(gè)月沒有接觸這個(gè)系統(tǒng)的原創(chuàng)者會(huì)發(fā)現(xiàn)，很多雷區(qū)他本人也忘記了，于是每次的產(chǎn)品升級(jí)維護(hù)周期越來越長，因?yàn)樾薷囊粋�(gè)功能會(huì)冒出很多bug，而按下一個(gè)bug，會(huì)彈出其他更多的bug。在這期間，又會(huì)產(chǎn)生更多的全局變量。終于有一天他告訴老板，不行啦不行啦，資源不夠了，ram或者flash空間太小了，升級(jí)升級(jí)。4、客戶投訴不斷，售后也快崩潰了，業(yè)務(wù)員也不敢推薦此產(chǎn)品了，市場份額越來越小，公司形象越來越糟糕。要說對策，只有兩個(gè)原則1、能不用全局變量盡量不用，我想除了系統(tǒng)狀態(tài)和控制參數(shù)、通信處理和一些需要效率的模塊，其他的基本可以靠合理的軟件分層和編程技巧來解決。2、如果不可避免需要用到，那能藏多深就藏多深。a. 如果只有某.c文件用，就static到該文件中，順便把結(jié)構(gòu)體定義也收進(jìn)來；b. 如果只有一個(gè)函數(shù)用，那就static到函數(shù)里面去；c. 如果非要開放出去讓人讀取，那就用函數(shù)return出去，這樣就是只讀屬性了；d. 如果非要遭人蹂躪賦值，好吧，我開放函數(shù)接口讓你傳參賦值；5)實(shí)在非要extern強(qiáng)奸我，我還可以嚴(yán)格控制包含我.h檔的對象，而不是放到公共的includes.h中被人圍觀，丟人現(xiàn)眼。如此，你可明白我對全局變量的感悟有多深刻。悲催的我，已經(jīng)把當(dāng)年那些“老人”交給我維護(hù)的那些案子加班全部重新翻寫了。你能明白嗎，不要讓人背后唾棄你哦。最后補(bǔ)充一下意見1、全局變量是不可避免要用到的，每一個(gè)設(shè)備底層幾乎都需要它來記錄當(dāng)前狀態(tài)，控制時(shí)序，起承轉(zhuǎn)合。但是盡量不要用來傳遞參數(shù)，這個(gè)很忌諱的。2、盡量把變量的作用范圍控制在使用它的模塊里面，如果其他模塊要訪問，就開個(gè)讀或?qū)懞瘮?shù)接口出來，嚴(yán)格控制訪問范圍。這一點(diǎn)，C++的private屬性就是這么干的。這對將來程序的調(diào)試也很有好處。C語言之所以有++版本，很大原因就是為了控制它的靈活性，要說面向?qū)ο蟮乃枷�，C語言早已有之，亦可實(shí)現(xiàn)。3、當(dāng)一個(gè)模塊里面的全局變量超過3個(gè)(含)時(shí)，就用結(jié)構(gòu)體包起來吧。要?dú)w0便一起歸0，省得丟三落四的。4、在函數(shù)里面開個(gè)靜態(tài)的全局變量，全局?jǐn)?shù)組，是不占用棧空間的。只是有些編譯器對于大塊的全局?jǐn)?shù)組，會(huì)放到和一般變量不同的地址區(qū)。若是在keil C51，因?yàn)槭庆o態(tài)編譯，棧爆掉了會(huì)報(bào)警，所以大可以盡情馳騁，注意交通規(guī)則就是了。5、單片機(jī)的os-less系統(tǒng)中，只有棧沒有堆的用法，那些默認(rèn)對堆分配空間的“startup.s”，可以大膽的把堆空間干掉。6、程序模型？如何分析抽象出來呢，從哪個(gè)角度進(jìn)行模型構(gòu)建呢？很愿意聆聽網(wǎng)友的意見。本人一直以來都是從兩個(gè)角度分析系統(tǒng)，事件--狀態(tài)機(jī)遷移圖 和 數(shù)據(jù)流圖，前者分析控制流向，完善UI，后者可知曉系統(tǒng)數(shù)據(jù)的緣起緣滅。這些理論，院校的《軟件工程》教材都有，大家不妨借鑒下。只不過那些理論，終究是起源于大型系統(tǒng)軟件管理的，牛刀殺雞，還是要裁剪一下的。文章來源：網(wǎng)絡(luò)。-END-
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