4. C语言基础复习（下）：函数、结构体、枚举、位操作

好，咱们接着聊。上一节我们把指针、数组、字符串这些硬骨头啃了一遍。这一节，咱们把剩下的几个关键知识点收个尾：函数、结构体、枚举，还有位操作。

这几个东西，在嵌入式开发里，尤其是写驱动、操作寄存器的时候，几乎是天天见。你想想看，一个单片机程序，本质上就是一堆函数在互相调用，然后用结构体来管理各种外设的配置参数，再用位操作去精准地控制某个引脚的电平。

4.1 函数：代码的积木块

函数这东西，说白了就是把一段逻辑封装起来，给它起个名字，方便重复调用。我刚开始学的时候，总觉得写函数麻烦，所有代码都塞在main里。结果一个项目下来，几千行代码挤在一起，找个bug找得我头皮发麻。

后来我学乖了。一个函数只做一件事，做好一件事。这就是所谓的“单一职责原则”。

4.1.1 函数的声明与定义

在C语言里，函数要先声明，后使用。声明就是告诉编译器：“嘿，我这里有个函数，长这样，你先记着。” 定义才是真正的实现。

// 声明
int add(int a, int b);

// 定义
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

嗯，这里要注意：如果你把定义写在调用之前，那声明可以省略。但为了代码清晰，我建议你不管三七二十一，都在文件头部或者头文件里先声明一遍。这样别人看你的代码，一眼就知道这个文件提供了哪些功能。

4.1.2 参数传递：值传递与地址传递

这是个大坑。C语言里，函数参数默认是值传递。什么意思？就是你把一个变量丢进函数，函数拿到的是这个变量的一个副本。你在函数里怎么改，都不影响外面的原变量。

void swap_wrong(int a, int b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
    // 这里交换的是副本，外面的a和b纹丝不动
}

void swap_right(int *a, int *b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
    // 通过指针直接操作内存里的原数据
}

我在项目中遇到过好几次这种bug。调试的时候明明看到函数内部交换了，一出来值没变。当时我还怀疑是编译器出了问题，后来才反应过来——我传的是值，不是地址。

小技巧： 如果你想让函数修改外部变量，就传指针。如果只是读取数据，传值就行，更安全。

4.2 结构体：把数据捆在一起

结构体，就是把不同类型的数据打包成一个整体。在嵌入式里，这玩意儿太有用了。比如你要描述一个传感器的状态：有温度、湿度、还有状态标志。你总不能定义三个独立的变量吧？用结构体，一目了然。

struct SensorData {
    float temperature;
    float humidity;
    uint8_t status;  // 0:正常, 1:异常
};

4.2.1 结构体的定义与使用

定义结构体类型后，就可以用它来声明变量了。

struct SensorData sensor1;
sensor1.temperature = 25.6;
sensor1.humidity = 60.2;
sensor1.status = 0;

我个人习惯用 typedef 给结构体起个短名字，省得每次都要写 struct 关键字。

typedef struct {
    float temperature;
    float humidity;
    uint8_t status;
} SensorData_t;

SensorData_t sensor2;
sensor2.temperature = 30.1;

4.2.2 结构体指针

在嵌入式里，结构体往往很大，如果按值传递，会复制整个结构体，既占内存又费时间。所以，我们通常传结构体指针。

void print_sensor(const SensorData_t *s) {
    printf("温度: %.1f, 湿度: %.1f\n", s->temperature, s->humidity);
    // 注意：用指针访问成员，用 -> 符号
}

这里用 const 修饰指针，意思是“我只读，不改你”。这是一种好习惯，能防止不小心修改了数据。

注意： 结构体在内存中是连续存放的，但可能会有“内存对齐”的填充字节。比如一个 char 后面跟一个 int，中间可能会空出几个字节。这一点在跨平台通信时尤其要注意，我曾经因为没处理好对齐，导致两个设备通过串口传数据时，解析出来的数据全是乱的。

4.3 枚举：给数字起个名字

枚举，说白了就是给一堆整数常量起个有意义的名称。比如你要表示一周的七天，用 0,1,2,3,4,5,6 当然可以，但代码里到处都是魔法数字，过两天你自己都看不懂。

enum Weekday {
    MONDAY,     // 默认0
    TUESDAY,    // 1
    WEDNESDAY,  // 2
    THURSDAY,   // 3
    FRIDAY,     // 4
    SATURDAY,   // 5
    SUNDAY      // 6
};

在嵌入式里，我常用枚举来表示状态机的各种状态。

typedef enum {
    STATE_IDLE,
    STATE_INIT,
    STATE_RUNNING,
    STATE_ERROR
} SystemState_t;

SystemState_t current_state = STATE_IDLE;

你看，代码的可读性一下子就上来了。别人一看 STATE_RUNNING，就知道系统在运行中。比直接写个 2 强多了。

核心要点： 枚举值默认从0开始递增，你也可以手动指定。比如 enum { ERR_NONE = 0, ERR_TIMEOUT = 100, ERR_CRC = 200 };

4.4 位操作：嵌入式工程师的看家本领

终于到了这个重头戏。位操作，是嵌入式开发里最基础也最重要的技能之一。你操作寄存器、控制GPIO、处理通信协议，都离不开它。

说白了，位操作就是直接对二进制位进行运算。C语言提供了6种位运算符：&（与）、|（或）、^（异或）、~（取反）、<<（左移）、>>（右移）。

4.4.1 常用的位操作技巧

我整理了一个表格，把最常用的几种操作列出来，你直接照着用就行。

操作 表达式 说明
置位（设为1） reg |= (1 << n); 将第n位设为1，其他位不变
清零（设为0） reg &= ~(1 << n); 将第n位设为0，其他位不变
翻转 reg ^= (1 << n); 将第n位取反
读取某位 bit = (reg >> n) & 1; 获取第n位的值（0或1）
连续位清零 reg &= ~(0xFF << n); 将从第n位开始的8位清零

举个例子，假设你要控制一个LED灯，它连接在GPIOB的第5脚。你要让它亮，就是给那个引脚输出高电平。

// 假设 GPIOB->ODR 是输出数据寄存器
// 置位第5位，点亮LED
GPIOB->ODR |= (1 << 5);

// 清零第5位，熄灭LED
GPIOB->ODR &= ~(1 << 5);

你看，就这么简单。但要注意，千万不要写成 GPIOB->ODR = 1 << 5;，那样会把其他位全部清零，导致其他引脚输出异常。我刚开始就犯过这个错，结果一操作，整个端口的输出都乱了。

4.4.2 位域：结构体里的位操作

C语言还提供了一种更高级的位操作方式——位域。它允许你在结构体里，按位来定义成员变量的大小。

typedef struct {
    uint8_t enable : 1;   // 只占1位
    uint8_t mode   : 2;   // 占2位
    uint8_t status : 3;   // 占3位
    uint8_t reserved : 2; // 保留2位
} ControlReg_t;

这个结构体总共只占1个字节（8位）。你可以像访问普通结构体成员一样，直接操作这些位域。

ControlReg_t reg;
reg.enable = 1;
reg.mode = 2;

嗯，这里要提醒一下：位域虽然方便，但它的内存布局是编译器相关的。不同编译器，甚至同一个编译器的不同优化选项，都可能导致位域的排列顺序不一样。所以，在跨平台或者需要精确控制寄存器布局的场合，我建议你还是用宏定义加位操作的方式，更可靠。

我的经验： 在写底层驱动时，我通常用宏定义来封装位操作。比如 #define SET_BIT(reg, bit) ((reg) |= (1 << (bit)))。这样代码既清晰又高效，而且移植性好。

好了，这一节的内容就到这里。函数、结构体、枚举、位操作，这四个东西是嵌入式C语言的基石。你写任何嵌入式程序，都离不开它们。下一节，我们就要开始真正接触嵌入式系统的核心——中断与定时器了。做好准备，那才是真正精彩的部分。

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