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嵌入式程序員必須知道的12個(gè)問(wèn)題

1

用預處理指令#define 聲明一個(gè)常數,用以表明1年中有多少秒(忽略閏年問(wèn)題)


#define SECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL


我在這想看到幾件事情:


 #define 語(yǔ)法的基本知識(例如:不能以分號結束,括號的使用,等等)


懂得預處理器將為你計算常數表達式的值,因此,直接寫(xiě)出你是如何計算一年中有多少秒而不是計算出實(shí)際的值,是更清晰而沒(méi)有代價(jià)的。意識到這個(gè)表達式將使一個(gè)16位機的整型數溢出-因此要用到長(cháng)整型符號L,告訴編譯器這個(gè)常數是的長(cháng)整型數。如果你在你的表達式中用到UL(表示無(wú)符號長(cháng)整型),那么你有了一個(gè)好的起點(diǎn)。記住,第一印象很重要。


2

寫(xiě)一個(gè)“標準”宏MIN ,這個(gè)宏輸入兩個(gè)參數并返回較小的一個(gè)。


#define MIN(A,B) ((A) <= (B) ? (A) : (B))


這個(gè)測試是為下面的目的而設的:


標識#define在宏中應用的基本知識。這是很重要的,因為直到嵌入(inline)操作符變?yōu)闃藴蔆的一部分,宏是方便產(chǎn)生嵌入代碼的唯一方法,對于嵌入式系統來(lái)說(shuō),為了能達到要求的性能,嵌入代碼經(jīng)常是必須的方法。


三重條件操作符的知識。這個(gè)操作符存在C語(yǔ)言中的原因是它使得編譯器能產(chǎn)生比if-then-else更優(yōu)化的代碼,了解這個(gè)用法是很重要的。


懂得在宏中小心地把參數用括號括起來(lái)


我也用這個(gè)問(wèn)題開(kāi)始討論宏的副作用,例如:當你寫(xiě)下面的代碼時(shí)會(huì )發(fā)生什么事?

least = MIN(*p++, b);


3

預處理器標識#error的目的是什么?


如果你不知道答案,請看參考文獻1。這問(wèn)題對區分一個(gè)正常的伙計和一個(gè)書(shū)呆子是很有用的。只有書(shū)呆子才會(huì )讀C語(yǔ)言課本的附錄去找出象這種問(wèn)題的答案。當然如果你不是在找一個(gè)書(shū)呆子,那么應試者最好希望自己不要知道答案。


4

嵌入式系統中經(jīng)常要用到無(wú)限循環(huán),你怎么樣用C編寫(xiě)死循環(huán)呢?


這個(gè)問(wèn)題用幾個(gè)解決方案。我首選的方案是:

while(1)

{

?}


一些程序員更喜歡如下方案:

for(;

{

?}


這個(gè)實(shí)現方式讓我為難,因為這個(gè)語(yǔ)法沒(méi)有確切表達到底怎么回事。如果一個(gè)應試者給出這個(gè)作為方案,我將用這個(gè)作為一個(gè)機會(huì )去探究他們這樣做的基本原理。如果他們的基本答案是:“我被教著(zhù)這樣做,但從沒(méi)有想到過(guò)為什么?!边@會(huì )給我留下一個(gè)壞印象。


第三個(gè)方案是用 goto

Loop:

...

goto Loop;


應試者如給出上面的方案,這說(shuō)明或者他是一個(gè)匯編語(yǔ)言程序員(這也許是好事)或者他是一個(gè)想進(jìn)入新領(lǐng)域的BASIC/FORTRAN程序員。


5

用變量a給出下面的定義


a) 一個(gè)整型數(An integer)

b)一個(gè)指向整型數的指針( A pointer to an integer)

c)一個(gè)指向指針的的指針,它指向的指針是指向一個(gè)整型數( A pointer to a pointer to an intege)r

d)一個(gè)有10個(gè)整型數的數組( An array of 10 integers)

e) 一個(gè)有10個(gè)指針的數組,該指針是指向一個(gè)整型數的。(An array of 10 pointers to integers)

f) 一個(gè)指向有10個(gè)整型數數組的指針( A pointer to an array of 10 integers)

g) 一個(gè)指向函數的指針,該函數有一個(gè)整型參數并返回一個(gè)整型數(A pointer to a function that takes an integer as an argument and returns an integer)

h)一個(gè)有10個(gè)指針的數組,該指針指向一個(gè)函數,該函數有一個(gè)整型參數并返回一個(gè)整型數( An array of ten pointers to functions that take an integer argument and return an integer )


答案是:

a) int a; // An integer

b) int *a; // A pointer to an integer

c) int **a; // A pointer to a pointer to an integer

d) int a[10]; // An array of 10 integers

e) int *a[10]; // An array of 10 pointers to integers

f) int (*a)[10]; // A pointer to an array of 10 integers

g) int (*a)(int); // A pointer to a function a that takes an integer argument and returns an integer

h) int (*a[10])(int); // An array of 10 pointers to functions that take an integer argument and return an integer


人們經(jīng)常聲稱(chēng)這里有幾個(gè)問(wèn)題是那種要翻一下書(shū)才能回答的問(wèn)題,我同意這種說(shuō)法。當我寫(xiě)這篇文章時(shí),為了確定語(yǔ)法的正確性,我的確查了一下書(shū)。但是當我被面試的時(shí)候,我期望被問(wèn)到這個(gè)問(wèn)題(或者相近的問(wèn)題)。因為在被面試的這段時(shí)間里,我確定我知道這個(gè)問(wèn)題的答案。應試者如果不知道所有的答案(或至少大部分答案),那么也就沒(méi)有為這次面試做準備,如果該面試者沒(méi)有為這次面試做準備,那么他又能為什么出準備呢?


6

關(guān)鍵字static的作用是什么?


這個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題很少有人能回答完全。在C語(yǔ)言中,關(guān)鍵字static有三個(gè)明顯的作用:

在函數體,一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量在這一函數被調用過(guò)程中維持其值不變。


在模塊內(但在函數體外),一個(gè)被聲明為靜態(tài)的變量可以被模塊內所用函數訪(fǎng)問(wèn),但不能被模塊外其它函數訪(fǎng)問(wèn)。它是一個(gè)本地的全局變量。


在模塊內,一個(gè)被聲明為靜態(tài)的函數只可被這一模塊內的其它函數調用。那就是,這個(gè)函數被限制在聲明它的模塊的本地范圍內使用。


大多數應試者能正確回答第一部分,一部分能正確回答第二部分,同是很少的人能懂得第三部分。這是一個(gè)應試者的嚴重的缺點(diǎn),因為他顯然不懂得本地化數據和代碼范圍的好處和重要性。


7

關(guān)鍵字const有什么含意?


我只要一聽(tīng)到被面試者說(shuō):“const意味著(zhù)常數”,我就知道我正在和一個(gè)業(yè)余者打交道。去年Dan Saks已經(jīng)在他的文章里完全概括了const的所有用法,因此ESP(譯者:Embedded Systems Programming)的每一位讀者應該非常熟悉const能做什么和不能做什么.如果你從沒(méi)有讀到那篇文章,只要能說(shuō)出const意味著(zhù)“只讀”就可以了。盡管這個(gè)答案不是完全的答案,但我接受它作為一個(gè)正確的答案。(如果你想知道更詳細的答案,仔細讀一下Saks的文章吧。)


如果應試者能正確回答這個(gè)問(wèn)題,我將問(wèn)他一個(gè)附加的問(wèn)題:


下面的聲明都是什么意思?


const int a;

int const a;

const int *a;

int * const a;

int const * a const;

/******/


前兩個(gè)的作用是一樣,a是一個(gè)常整型數。第三個(gè)意味著(zhù)a是一個(gè)指向常整型數的指針(也就是,整型數是不可修改的,但指針可以)。第四個(gè)意思a是一個(gè)指向整型數的常指針(也就是說(shuō),指針指向的整型數是可以修改的,但指針是不可修改的)。最后一個(gè)意味著(zhù)a是一個(gè)指向常整型數的常指針(也就是說(shuō),指針指向的整型數是不可修改的,同時(shí)指針也是不可修改的)。如果應試者能正確回答這些問(wèn)題,那么他就給我留下了一個(gè)好印象。順帶提一句,也許你可能會(huì )問(wèn),即使不用關(guān)鍵字 const,也還是能很容易寫(xiě)出功能正確的程序,那么我為什么還要如此看重關(guān)鍵字const呢?我也如下的幾下理由:


?; 關(guān)鍵字const的作用是為給讀你代碼的人傳達非常有用的信息,實(shí)際上,聲明一個(gè)參數為常量是為了告訴了用戶(hù)這個(gè)參數的應用目的。如果你曾花很多時(shí)間清理其它人留下的垃圾,你就會(huì )很快學(xué)會(huì )感謝這點(diǎn)多余的信息。(當然,懂得用const的程序員很少會(huì )留下的垃圾讓別人來(lái)清理的。)


?; 通過(guò)給優(yōu)化器一些附加的信息,使用關(guān)鍵字const也許能產(chǎn)生更緊湊的代碼。


?; 合理地使用關(guān)鍵字const可以使編譯器很自然地保護那些不希望被改變的參數,防止其被無(wú)意的代碼修改。簡(jiǎn)而言之,這樣可以減少bug的出現。


8

關(guān)鍵字volatile有什么含意?并給出三個(gè)不同的例子。


一個(gè)定義為volatile的變量是說(shuō)這變量可能會(huì )被意想不到地改變,這樣,編譯器就不會(huì )去假設這個(gè)變量的值了。精確地說(shuō)就是,優(yōu)化器在用到這個(gè)變量時(shí)必須每次都小心地重新讀取這個(gè)變量的值,而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變量的幾個(gè)例子:


并行設備的硬件寄存器(如:狀態(tài)寄存器)

一個(gè)中斷服務(wù)子程序中會(huì )訪(fǎng)問(wèn)到的非自動(dòng)變量(Non-automatic variables)

多線(xiàn)程應用中被幾個(gè)任務(wù)共享的變量


回答不出這個(gè)問(wèn)題的人是不會(huì )被雇傭的。我認為這是區分C程序員和嵌入式系統程序員的最基本的問(wèn)題。搞嵌入式的家伙們經(jīng)常同硬件、中斷、RTOS等等打交道,所有這些都要求用到volatile變量。不懂得volatile的內容將會(huì )帶來(lái)災難。


假設被面試者正確地回答了這是問(wèn)題(嗯,懷疑是否會(huì )是這樣),我將稍微深究一下,看一下這家伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。


一個(gè)參數既可以是const還可以是volatile嗎?解釋為什么。


一個(gè)指針可以是volatile 嗎?解釋為什么。


下面的函數有什么錯誤:

int square(volatile int *ptr)

{

return *ptr * *ptr;

}


下面是答案:


?; 是的。一個(gè)例子是只讀的狀態(tài)寄存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程序不應該試圖去修改它。


?; 是的。盡管這并不很常見(jiàn)。一個(gè)例子是當一個(gè)中服務(wù)子程序修該一個(gè)指向一個(gè)buffer的指針時(shí)。


?; 這段代碼有點(diǎn)變態(tài)。這段代碼的目的是用來(lái)返指針*ptr指向值的平方,但是,由于*ptr指向一個(gè)volatile型參數,編譯器將產(chǎn)生類(lèi)似下面的代碼:


int square(volatile int *ptr)

{

int a,b;

a = *ptr;

b = *ptr;

return a * b;

}


由于*ptr的值可能被意想不到地該變,因此a和b可能是不同的。結果,這段代碼可能返不是你所期望的平方值!正確的代碼如下:


long square(volatile int *ptr)

{

int a;

a = *ptr;

return a * a;

}


9

嵌入式系統總是要用戶(hù)對變量或寄存器進(jìn)行位操作。給定一個(gè)整型變量a,寫(xiě)兩段代碼,第一個(gè)設置a的bit 3,第二個(gè)清除a 的bit 3。在以上兩個(gè)操作中,要保持其它位不變。


對這個(gè)問(wèn)題有三種基本的反應


?; 不知道如何下手。該被面者從沒(méi)做過(guò)任何嵌入式系統的工作。


?; 用bit fields。Bit fields是被扔到C語(yǔ)言死角的東西,它保證你的代碼在不同編譯器之間是不可移植的,同時(shí)也保證了的你的代碼是不可重用的。我最近不幸看到 Infineon為其較復雜的通信芯片寫(xiě)的驅動(dòng)程序,它用到了bit fields因此完全對我無(wú)用,因為我的編譯器用其它的方式來(lái)實(shí)現bit fields的。從道德講:永遠不要讓一個(gè)非嵌入式的家伙粘實(shí)際硬件的邊。


?; 用 #defines 和 bit masks 操作。這是一個(gè)有極高可移植性的方法,是應該被用到的方法。最佳的解決方案如下:


#define BIT3 (0x1 << 3)

static int a;

void set_bit3(void) {

a |= BIT3;

}

void clear_bit3(void) {

a &= ~BIT3;

}


一些人喜歡為設置和清除值而定義一個(gè)掩碼同時(shí)定義一些說(shuō)明常數,這也是可以接受的。我希望看到幾個(gè)要點(diǎn):說(shuō)明常數、|=和&=~操作。


10

嵌入式系統經(jīng)常具有要求程序員去訪(fǎng)問(wèn)某特定的內存位置的特點(diǎn)。在某工程中,要求設置一絕對地址為0x67a9的整型變量的值為0xaa66。編譯器是一個(gè)純粹的ANSI編譯器。寫(xiě)代碼去完成這一任務(wù)。


這一問(wèn)題測試你是否知道為了訪(fǎng)問(wèn)一絕對地址把一個(gè)整型數強制轉換(typecast)為一指針是合法的。這一問(wèn)題的實(shí)現方式隨著(zhù)個(gè)人風(fēng)格不同而不同。典型的類(lèi)似代碼如下:


int *ptr;

ptr = (int *)0x67a9;

*ptr = 0xaa55;

A more obscure approach is:

一個(gè)較晦澀的方法是:

*(int * const)(0x67a9) = 0xaa55;


即使你的品味更接近第二種方案,但我建議你在面試時(shí)使用第一種方案。


11

中斷是嵌入式系統中重要的組成部分,這導致了很多編譯開(kāi)發(fā)商提供一種擴展—讓標準C支持中斷。具代表事實(shí)是,產(chǎn)生了一個(gè)新的關(guān)鍵字 __interrupt。下面的代碼就使用了__interrupt關(guān)鍵字去定義了一個(gè)中斷服務(wù)子程序(ISR),請評論一下這段代碼的。


__interrupt double compute_area (double radius)

{

double area = PI * radius * radius;

printf("\nArea = %f", area);

return area;

}


這個(gè)函數有太多的錯誤了,以至讓人不知從何說(shuō)起了:


?; ISR 不能返回一個(gè)值。如果你不懂這個(gè),那么你不會(huì )被雇用的。


?; ISR 不能傳遞參數。如果你沒(méi)有看到這一點(diǎn),你被雇用的機會(huì )等同第一項。


?; 在許多的處理器/編譯器中,浮點(diǎn)一般都是不可重入的。有些處理器/編譯器需要讓額處的寄存器入棧,有些處理器/編譯器就是不允許在ISR中做浮點(diǎn)運算。此外,ISR應該是短而有效率的,在ISR中做浮點(diǎn)運算是不明智的。


?; 與第三點(diǎn)一脈相承,printf()經(jīng)常有重入和性能上的問(wèn)題。如果你丟掉了第三和第四點(diǎn),我不會(huì )太為難你的。不用說(shuō),如果你能得到后兩點(diǎn),那么你的被雇用前景越來(lái)越光明了。

*****


12

下面的代碼輸出是什么,為什么?


void foo(void)

{

unsigned int a = 6;

int b = -20;

(a+b > 6) ? puts("> 6") : puts("<= 6");

}


這個(gè)問(wèn)題測試你是否懂得C語(yǔ)言中的整數自動(dòng)轉換原則,我發(fā)現有些開(kāi)發(fā)者懂得極少這些東西。不管如何,這無(wú)符號整型問(wèn)題的答案是輸出是 ”>6”。原因是當表達式中存在有符號類(lèi)型和無(wú)符號類(lèi)型時(shí)所有的操作數都自動(dòng)轉換為無(wú)符號類(lèi)型。因此-20變成了一個(gè)非常大的正整數,所以該表達式計算出的結果大于6。這一點(diǎn)對于應當頻繁用到無(wú)符號數據類(lèi)型的嵌入式系統來(lái)說(shuō)是豐常重要的。如果你答錯了這個(gè)問(wèn)題,你也就到了得不到這份工作的邊緣。


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