模塊化編程

模塊化編程是開(kāi)發(fā)者首先會(huì)掌握的一種編程思想，就像前面我們多次提到的把一些特定功能的代碼大打包成一個(gè)函數(shù)，這么一來(lái)以后在其他項(xiàng)目中就可以通過(guò)復(fù)制、粘貼輕松的移植了。這就是最簡(jiǎn)單的模塊化思想了，當(dāng)然如果要規(guī)范一點(diǎn)的話我們需要在函數(shù)前做一些必要的注釋說(shuō)明，方便自己日后重新使用這段代碼時(shí)能很快就可以知道代碼的功能。比如下面這段代碼：

/*

• 函數(shù)名：led_display
• 描 述：****
• 輸 入：****
• 輸 出：****
• 返 回：****
• 調(diào) 用：****
• 備 注：****

*/

void led_display(uint16_t duty ,uint8_t up_rate,uint8_t down_rate)

{

****

}

當(dāng)然也可以不用寫(xiě)這么多注釋?zhuān)⑨寖?nèi)容只要能保證可以看懂函數(shù)的意思就行，內(nèi)容根據(jù)自己的喜好來(lái)確定，比如你也可以這樣些：

/**

• @brief ：****
• @param ： ****
• @retval ： ****

**/

甚至你也可以直接就用一句注釋說(shuō)明，比如：

/* **** */

或者直接

// ****

只要能保證可以一眼看懂你的說(shuō)明就行，當(dāng)然最好是自形成一個(gè)統(tǒng)一的格式注釋格式，讓程序看起來(lái)更加美觀大方，以后別人讀你的程序心情也會(huì)好很多，畢竟項(xiàng)目開(kāi)發(fā)不一定是你一個(gè)人完成特別是互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，比如一個(gè)大型項(xiàng)目就涉及到前端開(kāi)發(fā)者，后端開(kāi)發(fā)者，移動(dòng)端（或桌面端）開(kāi)發(fā)者，甚至還需要測(cè)試人員配合，這種情況雖然不會(huì)每個(gè)人都需要看你的代碼但至少會(huì)有人來(lái)跟你協(xié)同完成應(yīng)用功能。所以很多公司都會(huì)規(guī)定注釋規(guī)范或編程規(guī)范。

平時(shí)編程時(shí)除了善于打包函數(shù)將程序模塊化，但項(xiàng)目中很多時(shí)候我們的程序不止是幾個(gè)函數(shù)，我們項(xiàng)目可能使用了大量的外設(shè)，程序中需要大量的函數(shù)來(lái)完成功能，這時(shí)候如果只是打包函數(shù)，我們的代碼也會(huì)變得非常龐大，如果一個(gè)文件里面有幾千甚至上萬(wàn)行代碼，你日后維護(hù)起來(lái)是不是會(huì)崩潰，可能找一個(gè)bug都能找半天，這時(shí)候我們需要怎么辦呢？其實(shí)C語(yǔ)言庫(kù)文件就已經(jīng)告訴我們做法了，當(dāng)然其他語(yǔ)言也是一樣。這時(shí)候我們就可以進(jìn)行分文件打包程序，就是將相同功能或控制同一個(gè)外設(shè)的代碼放在同一個(gè)文件里進(jìn)行模塊化，這樣做是不是比單純使用的函數(shù)會(huì)更有優(yōu)勢(shì)，以后我們?nèi)绻貜?fù)使用這些代碼都不用在代碼中查找這些函數(shù)的了，直接將整個(gè)文件拷貝就可以了，現(xiàn)在我們一起來(lái)看看這是怎么實(shí)現(xiàn)的。

以上圖片中展示的就是這種模塊化的做法，在項(xiàng)目中將不同作用的代碼放在不同的文件夾下，將不同模塊的代碼放在不同的***.c文件里面，這樣后續(xù)修改，調(diào)試，移植代碼的效率就會(huì)大大提高。那這種做法是怎么實(shí)現(xiàn)的呢，之前我們?cè)诮榻BC語(yǔ)言文件時(shí)說(shuō)過(guò)C語(yǔ)言文件主要有兩種，即.c和.h文件，.c文件我們稱(chēng)它問(wèn)源文件，.h文件我們稱(chēng)為頭文件，在源文件中我們存放各種變量或功能函數(shù)的定義等內(nèi)容，在頭文件中聲明對(duì)應(yīng)的變量、函數(shù)或宏定義等等，所以一般情況下源文件和頭文件都是成對(duì)出現(xiàn)的。若某個(gè)文件需要使用另一個(gè)文件中定義的函數(shù)時(shí)就在該文件頭部添加另一個(gè)文件對(duì)應(yīng)的頭文件，這樣就可以實(shí)現(xiàn)各部模塊程序相互調(diào)用了。通過(guò)源文件和頭文件分離，當(dāng)你遇到有一些代碼文件你不想給別人知道，但又要發(fā)布給別人，這種情況下也有對(duì)應(yīng)的處理辦法，具體的做法我們后面再介紹。

一般情況下在不同的源文件中我們也會(huì)像之前些函數(shù)一樣對(duì)該文件做一些注釋描述，比如：

/**** (C) COPYRIGHT *********

• 文件名 ：****
• 描述 ：****
• 操作系統(tǒng) ：****
• 軟件平臺(tái) ：****
• 硬件基礎(chǔ) ：****
• 庫(kù)版本 ：****
• 作者 ：****
• 版本編號(hào) ：****
• 修改時(shí)間 ：****
• 修改說(shuō)明 ：****

**********************************/

當(dāng)然你也可以不用寫(xiě)這么多內(nèi)容，以你能看懂為準(zhǔn)。

接下來(lái)

多任務(wù)編程

一般情況下我們?cè)谑褂?51、AVR、STM32等單片機(jī)編程的時(shí)候都是在main函數(shù)里面用while(1)做一個(gè)大循環(huán)來(lái)完成所有的處理，即應(yīng)用程序是一個(gè)無(wú)限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成所需的處理。有時(shí)候我們也需要用到中斷來(lái)完成一些功能操作。相對(duì)于多任務(wù)系統(tǒng)而言，這個(gè)就是單任務(wù)系統(tǒng)，也稱(chēng)作前后臺(tái)系統(tǒng)，中斷服務(wù)函數(shù)作為前臺(tái)程序，大循環(huán)while(1)作為后臺(tái)程序。

類(lèi)似一下的做法：

void IRQHandler_fun()

{

flag1 = 1;

}

int main (void)

{

while(1)

{

    if (1 = flag1)

    {

        func1();

        flag1 = 0;

    }

}

}

這種做法在一般項(xiàng)目中是完全沒(méi)有問(wèn)題的，但是這種程序結(jié)構(gòu)的一個(gè)缺陷是它的前后臺(tái)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，前后臺(tái)系統(tǒng)各個(gè)任務(wù)(應(yīng)用程序)都是排隊(duì)等著輪流執(zhí)行，不管你這個(gè)程序現(xiàn)在有多緊急，沒(méi)輪到你就只能等著！相當(dāng)于所有任務(wù)(應(yīng)用程序)的優(yōu)先級(jí)都是一樣的。在小項(xiàng)目中前后臺(tái)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，資源消耗也少，單片機(jī)處理起來(lái)還得心應(yīng)手！但在稍微大一點(diǎn)的嵌入式應(yīng)用中前后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用中就明顯力不從心了。這時(shí)候就需要進(jìn)行多任務(wù)處理了，就像一下的做法：

void first_task()

{

while (1)

{

    if(has_data())

        put_data();

}

}

void second_task()

{

while (1)

{

    if(get_data())

        do_something();

}

}

int main(void)

{

create_task(first_task);

create_task(second_task);

start_task();

}

相信細(xì)心的朋友一眼就能發(fā)現(xiàn)，這種做法很明顯的不一樣就是每個(gè)任務(wù)函數(shù)中都有一個(gè)while (1)死循環(huán)，是不是我們只要在程序中多使用一些while (1)死循環(huán)就OK了呢？簡(jiǎn)單說(shuō)可以這么認(rèn)為吧，當(dāng)然實(shí)際情況肯定不會(huì)這么簡(jiǎn)單。

那多任務(wù)編程是怎么實(shí)現(xiàn)程序功能的呢？多任務(wù)系統(tǒng)把一個(gè)大問(wèn)題“分而治之”，把大任務(wù)劃分成很多個(gè)小問(wèn)題，逐步的把小任務(wù)解決掉，大任務(wù)也就隨之解決了，這些任務(wù)是并發(fā)處理的。注意，并不是說(shuō)同一時(shí)刻一起執(zhí)行很多個(gè)任務(wù)，畢竟我們單片機(jī)項(xiàng)目都是使用單核芯片，任意時(shí)刻它也只能存在一個(gè)任務(wù)占用其內(nèi)核，它是由于每個(gè)任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間很短，導(dǎo)致看起來(lái)像是同一時(shí)刻執(zhí)行了很多個(gè)任務(wù)一樣。

看了以上內(nèi)容是不是感覺(jué)多任務(wù)編程非常的難？其實(shí)難肯定是難，但也沒(méi)有那么難，因?yàn)楝F(xiàn)在有非常多開(kāi)源多任務(wù)系統(tǒng)供我們選擇，比如freeRTOS,RT-Thread,UC/OS等等，所以就不用我們自己從零寫(xiě)一個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)了，使用時(shí)選擇一個(gè)合適的系統(tǒng)進(jìn)行移植就能減少很多工作量了。

像以上這個(gè)項(xiàng)目，調(diào)用freeRTOS來(lái)實(shí)現(xiàn)程序功能。當(dāng)然這種編程思維不是一兩天就能掌握，需要一定的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，所以初學(xué)者理解起來(lái)困難并不要緊，要緊的是自己需要把C語(yǔ)言基礎(chǔ)掌握好，基礎(chǔ)牢固了編程就有感覺(jué)了。

面向?qū)ο缶幊?/p>

前面介紹C語(yǔ)言基礎(chǔ)時(shí)我們說(shuō)過(guò)編程語(yǔ)言主要有面向過(guò)程和面向?qū)ο髢煞N，C語(yǔ)言是典型的面向過(guò)程的一種編程語(yǔ)言。你們你可能就會(huì)想為什么我們使用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)程序還需要面向?qū)ο蟮木幊趟季S呢，是要使用面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)了嗎？當(dāng)然不是，我們還是使用C語(yǔ)言來(lái)編程，只是呢，在編程時(shí)我們按面向?qū)ο蟮姆绞絹?lái)處理其相關(guān)功能，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是把C語(yǔ)言通過(guò)一定的處理技巧封裝成像面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言一樣來(lái)執(zhí)行程序功能。

對(duì)于流程清晰的簡(jiǎn)單程序，一般只有一條流程主線，很容易被劃分成順序執(zhí)行的幾個(gè)步驟，面向?qū)ο缶幊毯兔嫦蜻^(guò)程編程沒(méi)有太大差別，并且面向過(guò)程編程相對(duì)比面向?qū)ο缶幊谈又庇^高效。

當(dāng)我們面對(duì)一個(gè)大型的復(fù)雜程序，由于其錯(cuò)綜復(fù)雜的流程和交互關(guān)系，很難將其簡(jiǎn)單地拆分成一條主線串成的簡(jiǎn)單步驟，而通常表現(xiàn)為一個(gè)網(wǎng)狀關(guān)系結(jié)構(gòu)。這個(gè)時(shí)候，面向過(guò)程編程的這種流程化和線性化的思維方式就會(huì)顯得比較吃力，而面向?qū)ο缶幊痰膬?yōu)勢(shì)就比較明顯了。

這也是為什么說(shuō)面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言是更高級(jí)的語(yǔ)言的原因之一，面向?qū)ο缶幊田L(fēng)格的代碼更容易復(fù)用、擴(kuò)展和維護(hù)、更高級(jí)、更人性化、更適合大規(guī)模復(fù)雜程序的開(kāi)發(fā)。在C語(yǔ)言編程的一些操作系統(tǒng)（包括Unix，linux以及Windows等等）中就會(huì)用到的面向?qū)ο蟮木幊谭绞剑锩嬗泻芏嗟慕Y(jié)構(gòu)體、指針、鏈表等內(nèi)容。如果還沒(méi)有接觸到面向?qū)ο缶幊讨荒苷f(shuō)明你做的東西還不夠復(fù)雜。當(dāng)然也不是非要掌握這個(gè)技能你才能進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，只是你掌握了這些技能你就能開(kāi)發(fā)更復(fù)雜的工程了。你的薪酬肯定也會(huì)比其他人高。

我們想來(lái)看看一些簡(jiǎn)單的面向?qū)ο缶幊檀a：

以上是STM32某系列芯片官方標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)中的部分片段代碼。

這是freeRTOS中任務(wù)創(chuàng)建的函數(shù)，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)這些咋看都是很深?yuàn)W的內(nèi)容，所以這里也不需要你現(xiàn)在就掌握它，以后你有機(jī)會(huì)接觸它們，現(xiàn)在知道有這么回事就好了。現(xiàn)在總不至于哪天面試的時(shí)候被人問(wèn)你一句你是否嘗試過(guò)面向?qū)ο箝_(kāi)發(fā)單片機(jī)程序時(shí)自己啥話都說(shuō)不上來(lái)。

這是微軟某個(gè)版本的某文件的某段源碼，看起來(lái)很復(fù)雜吧，說(shuō)實(shí)話這段代碼我也沒(méi)細(xì)看，細(xì)看也一時(shí)不可能看明白，只是剛好看到就這個(gè)就貼上來(lái)跟大家一起分享一下。