C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)為啥都是全局變量形式？

前言

全局變量簡(jiǎn)直就是嵌入式系統(tǒng)的戈蘭高地。沖突最激烈的雙方是：
1. 做控制的工程師；
2. 做非嵌入式的軟件工程師。

做控制的工程師特點(diǎn)

他們普遍的理解就是“變量都寫(xiě)成全局該有多方便”。我之前面試過(guò)一個(gè)非常有名的做控制實(shí)驗(yàn)室里出來(lái)的PhD/Master，前前后后陸續(xù)有快十個(gè)人。面試問(wèn)題是用C寫(xiě)PID。到后面的幾位面試的時(shí)候我都覺(jué)得沒(méi)有看的意義了，因?yàn)槿紝?xiě)的是同一個(gè)風(fēng)格。大概就是這樣的：

float SetSpeed;
float err;
float err_last;
float Kp,Ki,Kd;
float integral;
float result;

float PID(float speed)
{
    err=SetSpeed-speed;
    integral+=err;
    result=Kp*err+Ki*integral+Kd*(err-err_last);
    err_last=err;
    return result;
}

代碼的特點(diǎn)就是所有的變量一定定義在函數(shù)外面。問(wèn)他們?yōu)槭裁?，回答是“全局變量方便調(diào)試”。

事實(shí)上在學(xué)校里做搞自動(dòng)控制的人最重要的根本就是控制的結(jié)果，而不是代碼本身。代碼只要能工作就行。變量名污染，低耦合之類(lèi)的和他們就不在同一個(gè)世界。進(jìn)了公司有些人代碼質(zhì)量會(huì)變好，但有的還是會(huì)延續(xù)之前的習(xí)慣。前公司代碼庫(kù)里面凡是看不懂的代碼一律都是那一兩個(gè)Control Engineer寫(xiě)的，寫(xiě)完了還會(huì)用自己的名字給函數(shù)命名的那種。

要成為一個(gè)資深的嵌入式工程師相當(dāng)難，一方面要有非常扎實(shí)的理論知識(shí)，同時(shí)也要有相當(dāng)?shù)哪欠N大型的、高頻CPU、多層PCB板的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。嵌入式硬件工程師要學(xué)的課程主要有模擬電路設(shè)計(jì)、數(shù)字電路設(shè)計(jì)、電磁波理論等。熟悉常用的放大電路、濾波電路、電源電路設(shè)計(jì)和分析。

做非嵌入式的軟件工程師特點(diǎn)

代碼的特點(diǎn)就是所有的靜態(tài)變量都不可以定義在.h文件里，必須寫(xiě)在.c文件里以確保別的文件沒(méi)法訪問(wèn)它們。

別的文件真要訪問(wèn)怎么辦？那就給每一個(gè)變量寫(xiě)get/set函數(shù)??！問(wèn)題是靜態(tài)變量寫(xiě)在.c文件里編譯器是沒(méi)法優(yōu)化get/set的。結(jié)果就大面積的變量訪問(wèn)要花幾倍的CPU時(shí)間去做get/set的函數(shù)調(diào)用。嵌入式項(xiàng)目很多情況下對(duì)硬件的壓榨是很極端的，CPU利用率90%都不算什么，頂?shù)?7%都是有的。（注意下這些項(xiàng)目是實(shí)時(shí)性要求很高的，晚一個(gè)毫秒算不完都不行。不是跑在電腦上鼠標(biāo)卡一卡也無(wú)所謂的。）然后為了封裝性，在代碼里面塞這么多get/set嗎？

總結(jié)

總的來(lái)說(shuō)嵌入式軟件里大部分的代碼都是中斷驅(qū)動(dòng)的，天生就有很多變量是沒(méi)法使用參數(shù)傳遞的。全局變量的存在是因?yàn)檎x站在這邊。但是嵌入式軟件遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有特殊到不需要按照正常軟件工程方法去管理的地步。要真有人認(rèn)為“嵌入式軟件只要能工作就成，代碼丑一點(diǎn)無(wú)所謂的”純粹是軟件工程水平不行，不是因?yàn)榭刂扑教摺?/p>

全局變量一定是要用的，管理它們也很重要。一些基本的代碼規(guī)則：

① 如果只是文件內(nèi)調(diào)用，全局變量只能寫(xiě)在這個(gè).c文件里，不要寫(xiě)進(jìn).h文件。
② 如果有文件外調(diào)用，全局變量要寫(xiě)在.h文件里。
③ .h里面的全局變量全局可讀，但是只有本文件組可以寫(xiě)。別的文件要寫(xiě)請(qǐng)調(diào)用set函數(shù)。
④ 所有的全局變量無(wú)論在.h還是.c里面都要包成同名struct。哪怕只有一個(gè)變量也要寫(xiě)進(jìn)struct里面。比如PID.c里面有一個(gè)pid_S，PID.h里面有個(gè)PID_S。這樣其他人不僅可以立即識(shí)別出一個(gè)變量是project內(nèi)global/文件內(nèi)static/函數(shù)內(nèi)local，同時(shí)還能輕松追溯到這個(gè)函數(shù)是屬于哪個(gè)文件的。
⑤ 不要寫(xiě)函數(shù)內(nèi)的static變量。函數(shù)內(nèi)的static變量在實(shí)際的項(xiàng)目中幾乎就是bug生成器，沒(méi)法簡(jiǎn)單的reset。而且對(duì)unit test非常不友好。