原创 C语言应用基础

1、程序和内存

程序：数据+算法

内存的本质就是存储代码和数据的

数据和代码的存储方式不同，可分为冯诺依曼结构和哈佛结构

冯诺依曼结构：程序和数据存储在同一个存储器，二者共用一条传输总线

哈佛结构：将程序和数据分开存储，指令和数据存取可同时进行

单片机中将变量数据等存放在SRAM中，将程序存储到Flash中，常量通常存储在Flash中

内存管理

系统角度

无OS时：程序直接操作内存，编程这自己计算和安排内存，属于静态内存分配

有OS时：

静态内存分配：通过一些操作系统提供的接口分配内存

动态内存分配：程序运行时，需要随时分配，不需要时随时释放

语言角度

汇编语言：没有内存管理，直接操作内存地址

C语言：编译器管理内存，操作系统下，通过API访问内存

C++：对内存封装，使用new创建对象分配内存，delete删除对象释放内存，若new了未delete，则造成内存泄漏

C#/Java：不直接操作内存，通过虚拟机来操作内存；若申请内存未释放，虚拟机会帮助释放内存

寄存器、缓存、内存的关系

寄存器离CPU最近，接下来是缓存，最后是内存

CPU只与寄存器中进行存取，寄存器从内存读取数据，但由于寄存器和内存读取速度相差太大，所以产生了缓存

缓存：一级缓存和二级缓存Cache

内存

ROM：PROM,EPROM，EEPROM

SRAM

SRAM:数据存入后，掉电才数据才消失

DRAM:必须在一定时间内刷新才能保持存储的数据，比SRAM慢，比ROM快，比SRAM

寄存器（Register）是 CPU 中用于存储数据的单元,而寄存器是位于 CPU 内部的单元。

位，字节，半字，字的概念和内存位宽

CPU32位系统一般指数据线位32位，数据线越多一次传输处理的数据越多，性能越好

若要向内存写入一个数据，向控制总线传输写指令，地址总线上面传输内存地址，数据总线传输要写入内存的数据。

内存单位：GB、MB、KB、B、bit

CPU和内存之间的数据传送单位通常是一个字长，32位的系统一个字为4byte

stm32是32bit处理器，所以它的字是32bit的(一次处理4字节长度的数据)。半字自然就是16bit(2字节)；

内存编址以字节为单位，一个内存单元就是一个字节，无论多少位内存都以字节位单位进行内存编址

数据类型占用字节大小

占用的大小由编译器决定

数据类型+*是指针类型，是地址，地址线为32位，则所有的该类型占8个字节

int a = 5; 若为32位系统，占4个字节，若内存地址从0x30000000，代表一个字节长度，分配了4个连续的地址

数据总线，地址总线，存储容量的关系

地址总线AB

一个cpu的N根地址总线，则可以说这个CPU的地址总线宽度为N。这样cpu最多可以寻址2的N次方个内存单元。

数据总线DB

8根数据总线传送一个8位二进制，数据线数量相当于每单元的位数

存储容量

存储容量=单元数*每单元的位数，一般每单元位数都是8

例子：若256KB的SRAM具有8条数据线，则他具有多少条地址线，存储容量多少

256KB = 2^18B 地址线为18条，8位则数据线8条，存储容量256KB*8

管理内存---数组、结构体、栈、堆

数组

数组定义就是在内存开辟一块连续的内存空间，数组明就是开辟的内存空间的首地址

数组所有元素类型相同，数组大小在定义时给出，数组空间是连续的

结构体

解决数组中所有元素类型必须相同的问题

结构体变量名代表的是整个结构体变量，结构体定义后，编译器会为所有成员分配空间

结构体内嵌指针实现面向对象

栈

保存局部变量（非静态局部变量）

只有一个口，先进后出

局部变量自动完成入栈，自动分配内存，出栈

函数退出的时候局部变量就会被释放，所以不能返回局部变量地址

栈保存在函数调用所需的所有维护信息

局部变量值未初始化时，值是随机的，因为栈内存是反复使用的

栈是有大小的，栈的大小是可以设置的，但定义局部变量时不能太大，避免栈的一处

堆

容量不限，动态分配；申请和释放都需要手工进行

堆内存申请函数：malloc, calloc, realloc

堆内存申请需要给定大小，申请完成则空间大小不变

动态申请的数据存储在堆中

静态存储区

静态局部变量和全局变量存储在静态存储区

静态存储区的大小在编译时就确定了，随程序运行而分配空间，程序运行结束才释放内存空间

2、C语言位操作

常用操作符

按位与&，逻辑与 &&

位或 |，逻辑或 ||

位取反 ~ ，逻辑非！

位异或 ^

左移位

将一个数转为二进制，左移若干位，左移出的丢弃，右边补零

x >> n = x * 2^n；

右移位

将各二进制位全部右移若干位，左边二进制位补0或补1（若操作数是无符号数或有符号正数就补0，若为有符号负数就补1），右边的二进制位丢弃

对寄存器位操作

清零

&= 十六进制数，要清零的位设置为0，其他位设置为1

REG1 &= 0XFFFF00FF //将bit8~bit15清零，其他位不变

置一

|= 十六进制数，要置位的数设置为1，其他位设置为0

REG1 |= 0X0000FF00 //将bit8~bit15置1，其他位不变

位取反

^= 十六进制数，要取反的位设置为1，其他位设置为0

REG1 ^= 0x0000FF00 //将bit8~bit15置取反，其他位不变

若REG1 = 0xAAAAAAAA ，将bit8~bit15取反后，得到REG1 = 0xAAAA55AA

移位构建特定二进制数

移位来构造二进制

设置bit3~bit7和bit23~bit25位为1

结合位取反获取特定位位0的二进制数

宏定义完成位运算

宏定义来置位

定义一个32位二进制数x的第n位置1（右边算起，bit0算第一位）

宏定义清除某位

定义一个32位二进制数x的第n位清零（右边算起，bit0算第一位）