3. C语言基础复习（上）：数据类型、运算符、流程控制、数组与指针

各位同学，咱们今天聊聊C语言基础。说实话，很多嵌入式新手觉得C语言就是写写流水灯、算算加减法。但我在嵌入式这行摸爬滚打十几年，可以负责任地告诉你：C语言基础不牢，后面写驱动、调协议栈、搞RTOS，处处都是坑。

这一章咱们只讲干货。数据类型、运算符、流程控制、数组与指针，这四个东西是嵌入式C的骨架。你想想看，一个单片机程序，无非就是定义变量存数据，用运算符做运算，用流程控制决定下一步干啥，再用数组和指针去操作内存。嗯，就这么简单。

3.1 数据类型：选对类型，省一半内存

嵌入式系统资源有限。我见过有人用int存一个开关状态，结果一个int占4字节，而一个开关只需要1位。浪费啊！

C语言的基本数据类型，咱们得烂熟于心：

类型 关键字 典型大小（8位MCU） 取值范围
字符型 char 1字节 -128 ~ 127 或 0~255
短整型 short 2字节 -32768 ~ 32767
整型 int 2字节（8位机）或4字节（32位机） 取决于编译器
长整型 long 4字节 -2^31 ~ 2^31-1
无符号整型 unsigned int 同int 0 ~ 65535（16位）
浮点型 float 4字节 约±3.4e38

重要提醒：嵌入式开发中，我建议你养成用的习惯。比如uint8_t、uint16_t、uint32_t。为什么？因为int在不同平台大小不一样。你写个int，在STM32上是4字节，在51单片机上可能只有2字节。用stdint.h，代码移植性直接拉满。

我的习惯：能用uint8_t绝不用int。省内存是一方面，更重要的是——代码一看就知道这个变量最大不会超过255，逻辑清晰。

3.2 运算符：别小看位运算

运算符这块，加减乘除大家都会。但嵌入式里，位运算才是亲儿子。为什么？因为单片机寄存器操作，说白了就是置位、清零、取反、移位。

常用的位运算符：

  • & 按位与 —— 常用于清零某几位
  • | 按位或 —— 常用于置位某几位
  • ^ 按位异或 —— 常用于翻转某几位
  • ~ 按位取反 —— 常用于构造掩码
  • << 左移 —— 相当于乘以2的n次方
  • >> 右移 —— 相当于除以2的n次方

举个例子，你想把GPIOB端口的第3位输出高电平。寄存器操作一般是：

// 置位第3位，其他位不变
GPIOB->ODR |= (1 << 3);

我曾经遇到一个新手，他用加法去实现这个功能。结果因为之前的状态不确定，加法把其他位也改了。嗯，这就是不懂位运算的代价。

避坑指南：我曾经在调试一个I2C驱动时，发现SCL时钟总是不对。查了半天，原来是我用|=去置位一个位，但那个位之前被其他中断修改过。记住：位运算不是原子操作！在多中断环境下，要用临界区保护。

3.3 流程控制：if-else 和 switch-case 的选择

流程控制，说白了就是让程序知道什么时候该干什么。if-else和switch-case是最常用的。

我个人习惯：

  • 分支少于3个，用if-else。简单直观。
  • 分支多于3个，且条件是离散值（比如按键值、状态机状态），用switch-case。代码更清晰，编译器也容易优化成跳转表。

举个例子，一个简单的按键扫描：

uint8_t key_value = read_key();

switch(key_value) {
    case KEY_UP:
        volume_up();
        break;
    case KEY_DOWN:
        volume_down();
        break;
    case KEY_MENU:
        enter_menu();
        break;
    default:
        // 无效按键，忽略
        break;
}

你想想看，如果用if-else写，是不是又长又丑？而且switch-case在编译后，很多编译器会生成跳转表，执行效率比一串if-else高得多。

小技巧：写switch-case时，别忘了加default分支。哪怕你觉得所有情况都覆盖了，也加上。为什么？因为代码维护时，别人可能新增了一个case，忘了改default。我吃过这个亏，那次是产品量产了才发现某个按键没反应……

3.4 数组：连续内存的威力

数组，就是一堆相同类型的数据排排坐。在嵌入式里，数组最常见的用途是：

  • 存放采样数据（比如ADC采集的1024个点）
  • 作为缓冲区（比如UART接收缓冲）
  • 查表法（比如正弦波表、CRC表）

定义数组很简单：

uint16_t adc_buffer[1024];  // 1024个ADC采样值
char uart_rx_buf[64];       // 64字节的接收缓冲

但要注意，数组下标从0开始。我见过有人写adc_buffer[1024]，结果数组只有1024个元素，下标0~1023。访问下标1024？那是越界访问，轻则数据错乱，重则程序跑飞。

重要：数组名就是首地址。比如adc_buffer等价于&adc_buffer[0]。这个特性，是连接数组和指针的桥梁。

3.5 指针：C语言的灵魂

指针，是C语言最难啃的骨头，也是嵌入式开发最强大的工具。说白了，指针就是地址。你定义一个变量，它在内存中有个地址。指针就是存这个地址的变量。

基本用法：

uint8_t data = 0x55;
uint8_t *ptr = &data;  // ptr指向data的地址

// 通过指针修改data的值
*ptr = 0xAA;  // 现在data变成了0xAA

在嵌入式里，指针的典型应用：

  • 访问外设寄存器：比如把某个地址强转成指针，直接读写寄存器
  • 动态内存管理：malloc/free，但嵌入式里慎用，容易内存碎片
  • 函数指针：实现回调机制，比如定时器中断回调
  • 数组与指针的互换：*(array + i)等价于array[i]

举个例子，直接操作寄存器：

// 假设GPIOB_ODR的地址是0x40010C0C
#define GPIOB_ODR  ((volatile uint32_t *)0x40010C0C)

*GPIOB_ODR |= (1 << 5);  // 把PB5输出高电平

这里volatile关键字很重要。它告诉编译器：这个变量可能被硬件修改，别给我优化掉了。我曾经在优化等级开-O2时，忘了加volatile，结果寄存器写操作被编译器当成无用代码删掉了。嗯，那次排查了整整一天。

避坑指南：指针一定要初始化！野指针是嵌入式程序崩溃的头号杀手。我习惯在定义指针时就赋初值，要么指向合法地址，要么赋NULL。使用前判断一下：

uint8_t *ptr = NULL;

// 使用前检查
if(ptr != NULL) {
    *ptr = 0x55;
} else {
    // 错误处理
}

3.6 数组与指针的暧昧关系

数组和指针，其实是一对好基友。数组名在大多数情况下会被隐式转换成指向首元素的指针。但有一个例外：sizeof运算符。

uint8_t arr[10];
uint8_t *p = arr;

sizeof(arr);  // 结果是10，整个数组的大小
sizeof(p);    // 结果是4（32位系统），指针本身的大小

这个区别很重要。我见过有人写函数参数传数组，然后在函数里用sizeof想获取数组长度，结果只得到指针大小。正确的做法是：

void process_array(uint8_t *arr, uint16_t len) {
    for(uint16_t i = 0; i < len; i++) {
        arr[i] = i * 2;
    }
}

// 调用时
uint8_t my_arr[20];
process_array(my_arr, sizeof(my_arr));

嗯，把长度作为参数传进去，一劳永逸。

我的经验：在嵌入式里，我几乎不用多维数组。为什么？因为内存是线性的，多维数组在内存里也是按行优先存储。我更喜欢用一维数组，然后自己计算偏移量：arr[row * cols + col]。这样代码更灵活，也更容易理解内存布局。

3.7 总结与练习

这一章咱们复习了C语言最核心的基础。数据类型要选对，位运算要熟练，流程控制要清晰，数组和指针要理解透彻。这些东西，你写每一行嵌入式代码都会用到。

给你留个小练习：

  1. 定义一个uint8_t类型的数组，存放10个ADC采样值
  2. 用指针遍历这个数组，找出最大值和最小值
  3. 把最大值和最小值通过位运算打包成一个uint16_t（高8位是最大值，低8位是最小值）

这个练习涵盖了数据类型、数组、指针、位运算。做完了，你这一章就算过关了。

下一章咱们继续聊函数、结构体、内存管理。这些东西在嵌入式里同样重要。准备好了吗？

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