一、字符串的實(shí)質(zhì)就是指針

字符串是C語言中最基礎(chǔ)的概念，也是最常被用到的。在嵌入式開發(fā)中，我們經(jīng)常要將一些字符串通過串口顯示到串口助手或調(diào)試終端上，作為信息提示，以便讓我們了解程序的運(yùn)行情況；或者是將一些常量的值轉(zhuǎn)為字符串，來顯示到液晶等顯示設(shè)備上。

那么C語言中的字符串到底是什么？其實(shí)字符串本身就是一個指針，它的值（即指針?biāo)赶虻牡刂罚┚褪亲址鬃址牡刂贰?/span>

為了解釋這個問題，我經(jīng)常會舉這樣一個例子：如何將一個數(shù)值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的16進(jìn)制字符串。比如，把100轉(zhuǎn)為”0X64”。

我們可以寫這樣一個函數(shù)：

字符串常量實(shí)質(zhì)是內(nèi)存中的字節(jié)序列。如圖所示。

上面，振南說“字符串本身就是指針”，那么見證這句話真正意義的時刻來了，我們將上面程序進(jìn)行簡化：

void Value2String(unsigned char value,char *str)
{

 str[0]='0';str[1]='X';str[4]=0; 

 str[2]='0123456789ABCDEF'[value>>4];

 str[3]='0123456789ABCDEF'[value&0X0F];
}

Hex_Char_Table 這個指針變量其實(shí)是多余的，“字符串本身就是指針”，所以它后面可以直接用 [] 配合下標(biāo)來取出其中的字符。凡是實(shí)質(zhì)上為指針類型(即表達(dá)的是地址意義)的變量或常量，都可以直接用[]或*來訪問它所指向的數(shù)據(jù)序列中的數(shù)據(jù)元素。

二、轉(zhuǎn)義符 \

C語言中要表達(dá)一個字節(jié)數(shù)據(jù)序列(內(nèi)存中連續(xù)存儲的若干個字節(jié))，我們可以使用字節(jié)數(shù)組，如unsigned char array[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}。

其實(shí)字符串，本質(zhì)上也是一個字節(jié)序列，但是通常情況下它所存儲的字節(jié)的值均為 ASCII 中可打印字符的碼值，如’A’、’ '、’|’等。那在字符串中是否也可以出現(xiàn)其它的值呢？這樣，我們就可以用字符串的形式來表達(dá)一個字節(jié)序列了。很多時候，它可能比字節(jié)數(shù)組要方便一些。字符串中的轉(zhuǎn)義符就是用來干這個的。請看如下程序：

這兩種寫法，array所指向的內(nèi)存字節(jié)序列是基本一樣的(后者最后還有一個0)。當(dāng)然，如果我們把a(bǔ)rray傳到strlen去計(jì)算長度，返回的值為0。因?yàn)樗谝粋€字節(jié)的值為0。但是我們?nèi)匀豢梢允褂胊rray[n]的方式去訪問序列中的數(shù)據(jù)。

char *str='ABCDEFG';

char *str='\x41\x42\x43\x44\x45\x46\x47';

上面程序中的兩種寫法，是完成等價的。

字符串中的轉(zhuǎn)義符的目的是為了在本應(yīng)該只能看到ASCII可打印字符的序列中，可以表達(dá)其它數(shù)值或特殊字符。如經(jīng)常使用的回車換行”\r\n”，其實(shí)質(zhì)就是”\x0d\x0a”；通常我們所說的字符串結(jié)束符\0，其實(shí)就是0的八進(jìn)制轉(zhuǎn)義表達(dá)形式。

三、字符串常量的連接

在研讀一些開源軟件的源代碼時，我見到了字符串常量的一個比較另類的用法，在這里介紹給大家。

有些時候，為了讓字符串常量內(nèi)容層次更加清晰，就可以把一個長字符串打散成若干個短字符串，它們順序首尾相接，在意義上與長字符串是等價的。比如'0123456789ABCDEF'可以分解為”0123456789””ABCDEF”，即多個字符串常量可以直接連接，夠成長字符串。這種寫法，在 printf 打印調(diào)試信息的時候可能會更多用到。

在 printf 的格式化串很長的時候，我們把它合理的打散，分為多行，程序就會顯得更多工整。

四、長字符串的拆分技巧

很多時候我們需要進(jìn)行長字符串的拆分。問題是如何實(shí)現(xiàn)它？

很多人可能都會想到使用那個分隔字符，比如空格、逗號。然后去一個個數(shù)要提取的參數(shù)前面有幾個分隔字符，然后后將相應(yīng)位置上的字符組成一個新的短字符串。如圖2.3所示。

這種方法固然可行，但是略顯笨拙。其實(shí)對于這種有明顯分隔符的長字符串，我們可以采用“打散”或“爆炸”的思想，具體過程是這樣的：將長字符串中的所有分隔符全部替換為’\0’，即字符串結(jié)束符。此時，長字符串就被分解成了在內(nèi)存中順序存放的若干個短字符串。

如果要取出第n個短字符串，可以用這個函數(shù)：

char * substr(char *str,n)
{
 unsigned char len=strlen(str);

 for(;len>0;len--) {if(str[len-1]==' ') str[len-1]=0;}

 for(;n>0;n--)
 {
  str+=(strlen(str)+1);
 } 

 return str;
}

很多時候我們需要一次性訪問長字符串中的多個短字符串，此時振南經(jīng)常會這樣來作：通過一個循環(huán)，將長字符串中的所有分隔符替換為’\0’，在此過程中將每一個短字符串首字符的位置記錄到一個數(shù)組中，代碼如下：

好，舉個例子：我們要提取”abc 1000 50 off 2500”中的”abc”、”50”和”off”，可以使用上面的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

unsigned char pos[10];
char str[30]; 

strcpy(str,'abc 1000 50 off 2500');

substr(pos,str);
str+pos[0]; //'abc'
str+pos[2]; //'50'
str+pos[3]; //'off'

五、取出數(shù)值的各位數(shù)碼

在實(shí)際項(xiàng)目中，我們經(jīng)常需要提取一個數(shù)值的某些位的數(shù)碼，比如用數(shù)碼管來顯示數(shù)值或?qū)⒁粋€數(shù)值轉(zhuǎn)成字符串，都會涉及到這一操作。

那如何實(shí)現(xiàn)這一操作呢？雖然這個問題看似很簡單，但提出這一問題的人還不在少數(shù)。

請看下面的函數(shù)。

它的主要操作就是除法和取余。這個函數(shù)只是取出一個整型數(shù)各位的數(shù)碼，那浮點(diǎn)呢？其實(shí)一樣的道理，請看下面函數(shù)(我們默認(rèn)整數(shù)與小數(shù)部分均取4位)。

void getdigi(unsigned char *digi1,unsigned char *digi2,unsigned float num)
{
 unsigned int temp1=num;
unsigned int temp2=((num-temp1)\*10000);

 digi1[0]=(temp1/1000)%10;
 digi1[1]=(temp1/100)%10;
 digi1[2]=(temp1/10)%10;
 digi1[3]=(temp1)%10;

 digi2[0]=(temp2/1000)%10;
 digi2[1]=(temp2/100)%10;
 digi2[2]=(temp2/10)%10;
 digi2[3]=(temp2)%10;
}

有人說，我更喜歡用sprintf函數(shù)，直接將數(shù)值格式化打印到字符串里，各位數(shù)碼自然就得到了。

沒問題。但是在嵌入式平臺上使用 sprintf 函數(shù)，通常代價是較大的。

作為嵌入式工程師，一定要惜字如金，尤其是在硬件資源相對較為緊張的情況下。sprintf非常強(qiáng)大，我們只是一個簡單的提取數(shù)值數(shù)碼或?qū)?shù)值轉(zhuǎn)為相應(yīng)的字符串的操作，使用它有些暴殄天物。這種時候，我通常選擇寫一個小函數(shù)或者宏來自己實(shí)現(xiàn)。

六、printf 的 實(shí)質(zhì)與使用技巧

printf是我們非常熟悉的一個入門級的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)，每當(dāng)我們說出計(jì)算機(jī)金句”Hello World!”時，其實(shí)無意中就提到了它：printf(“hello world!”);

它可以某種特定的格式、進(jìn)制或形式輸出任何變量、常量和字符串，為我們提供了極大的方便，甚至成為了很多人調(diào)試程序時重要的Debug手段。但是在嵌入式中，我們就需要剖析一下它的實(shí)質(zhì)了。

printf 函數(shù)的底層是基于一個 fputc 的函數(shù)，它用于實(shí)現(xiàn)單個字符的具體輸出方式，比如是將字符顯示到顯示器上，或是存儲到某個數(shù)組中(類似sprintf)，或者是通過串口發(fā)送出去，甚至不是串口，而是以太網(wǎng)、CAN、I2C等接口。

以下是一個STM32項(xiàng)目中fputc函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：

int fputc(int ch, FILE \*f)
{
while((USART1->SR&0X40)==0);
{
USART1->DR = (u8) ch;
}

return ch;
}

fputc中將ch通過USART1發(fā)出。這樣，我們在調(diào)用printf的時候，相應(yīng)的信息就會從USART1打印出來。

“上面你說的這些，我都知道，有什么新鮮的！”確實(shí)，通過串口打印信息是我們司空見慣的。那么下面的fputc你見過嗎？

這個fputc將字符顯示在了液晶上(同時維護(hù)了字符的顯示位置信息)，這樣當(dāng)我們調(diào)用printf的時候，信息會直接顯示在液晶上。

說白了，fputc 就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行了定向輸出。這樣我們可以把 printf 變得更靈活，來應(yīng)對更多樣的應(yīng)用需求。

在振南經(jīng)歷的項(xiàng)目中，曾經(jīng)有過這樣的情況：單片機(jī)有多個串口，串口1用于打印調(diào)試信息，串口2與ESP8266 WIFI模塊通信，串口3與SIM800 GPRS模塊通信。3個串口都需要格式化輸出，但是printf只有一個，這該怎么辦？

我們解決方法是，修改 fputc 使得 printf 可以由 3 個串口分時復(fù)用。具體實(shí)現(xiàn)如下。

unsigned char us=0; 

int fputc(int ch,FILE *f)
{
 switch(us)
 {
  case 0:
  while((USART1->SR&0X40)==0);
  USART1->DR=(u8)ch;  
  break;

  case 1:
  while((USART2->SR&0X40)==0);
  USART2->DR=(u8)ch;  
  break;

  case 2:
while((USART3->SR&0X40)==0);
USART3->DR=(u8)ch;  
break;
 }

 return ch;
}

在調(diào)用的時候，根據(jù)需要將us賦以不同的值，printf就歸誰所用了。

七、關(guān)于浮點(diǎn)數(shù)的傳輸

很多人不能很好的使用和處理浮點(diǎn)，其主要根源在于對它的表達(dá)與存儲方式不是很理解。最典型的例子就是經(jīng)常有人問我：“如何使用串口來發(fā)送一個浮點(diǎn)數(shù)？”

我們知道C語言中有很多數(shù)據(jù)類型，其中unsigned char、unsigned short、unsigned int、unsigned long我們稱其為整型，顧名思義它們可以表達(dá)整型數(shù)。而能夠表達(dá)的數(shù)值范圍與數(shù)據(jù)類型所占用的字節(jié)數(shù)有關(guān)。數(shù)值的表達(dá)方法比如簡單，如下圖所示。

一個字節(jié)可以表達(dá)0~255，兩個字節(jié)(unsigned short)自然就可以表達(dá)0~65535，依次類推。

當(dāng)需要把一個整型數(shù)值發(fā)送出去的時候，我們可以這樣作：

unsigned short a=0X1234; 

UART_Send_Byte(((unsigned char *)&a)[0]);

UART_Send_Byte(((unsigned char *)&a)[1]);

也就是將構(gòu)成整型的若干字節(jié)順序發(fā)送即可。當(dāng)然接收方一定要知道如何還原數(shù)據(jù)，也就是說它要知道自己接收到的若干字節(jié)拼在一起是什么類型，這是由具體通信協(xié)議來保障的。

OK，關(guān)于整型比較容易理解。但是換成 float，很多人就有些迷糊了。因?yàn)?float 的數(shù)值表達(dá)方式有些復(fù)雜。有些人使用下面的方法來進(jìn)行浮點(diǎn)的發(fā)送。

float a=3.14;

char str[10]={0}; 

ftoa(str,a); //**浮點(diǎn)轉(zhuǎn)為字符串* *即3.14**轉(zhuǎn)為'3.14'

UART_Send_Str(str); //**通過串口將字符串發(fā)出

很顯然這種方法非常的“業(yè)余”。還有人問我：“浮點(diǎn)小數(shù)字前后的數(shù)字可以發(fā)送，但是小數(shù)點(diǎn)怎么發(fā)？”這赤裸裸的體現(xiàn)了他對浮點(diǎn)類型的誤解。

不要被float數(shù)值的表象迷惑，它實(shí)質(zhì)上只不過是4個字節(jié)而已，如圖2.5所示。

所以，正確的發(fā)送浮點(diǎn)數(shù)的方法是這樣的：

接收者將數(shù)據(jù)還原為浮點(diǎn)：

unsigned char buf[4];
float a; 

UART_Receive_Byte(buf+0);

UART_Receive_Byte(buf+1);

UART_Receive_Byte(buf+2);

UART_Receive_Byte(buf+3); 

a=*((float *)buf);

八、關(guān)于數(shù)據(jù)的直接操作

直接操作數(shù)據(jù)？我們來舉個例子：取一個整型數(shù)的相反數(shù)。一般的實(shí)現(xiàn)方法是這樣的：

這樣的操作可能會涉及到一次乘法運(yùn)算，花費(fèi)更多的時間。當(dāng)我們了解了整型數(shù)的實(shí)質(zhì)，就可以這樣來作：

int a=10;

int b=(~a)+1;

這也許還不足以說明問題，那我們再來看一個例子：取一個浮點(diǎn)數(shù)的相反數(shù)。似乎只能這樣來作：

其實(shí)我們可以這樣來作：

float a=3.14;
float b;

((unsigned char *)&a)[3]^=0X80;
b=a;

沒錯，我們可以直接修改浮點(diǎn)在內(nèi)存中的高字節(jié)的符號位。這比乘以-1.0的方法要高效的多。

當(dāng)然，這些操作都需要你對 C 語言中的指針有爐火純青的掌握。

九、浮點(diǎn)的四舍五入與比較

我們先說第一個問題：如何實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)的四舍五入？很多人遇到過這個問題，其實(shí)很簡單，只需要把浮點(diǎn)+0.5然后取整即可。

OK，第二個問題：浮點(diǎn)的比較。這個問題還有必要好好說一下。

首先我們要知道，C語言中的判等，即==，是一中強(qiáng)匹配的行為。也就是，比較雙方必須每一個位都完全一樣，才認(rèn)定它們相等。這對于整型來說，是可以的。但是float類型則不適用，因?yàn)閮蓚€看似相等的浮點(diǎn)數(shù)，其實(shí)它們的內(nèi)存表達(dá)不能保證每一個位都完全一樣。

這個時候，我們作一個約定：兩個浮點(diǎn)只要它們之差m足夠小，則認(rèn)為它們相等，m一般取10e-6。也就是說，只要兩個浮點(diǎn)小數(shù)點(diǎn)后6位相同，則認(rèn)為它們相等。也正是因?yàn)檫@個約定，很多C編譯器把float的精度設(shè)定為小數(shù)點(diǎn)后7位，比如ARMCC（MDK的編譯器）。

十、出神入化的for循環(huán)

for循環(huán)我們再熟悉不過了，通常我們使用它都是中規(guī)中矩的，如下例：

int i;

for(i=0;i<100;i++)
{...}

但是如果我們對for循環(huán)的本質(zhì)有更深刻的理解的話，就可以把它用得出神入化。

for后面的括號中的東西我稱之為“循環(huán)控制體”，分為三個部分，如下圖所示。

A、B、C三個部分，其實(shí)隨意性很大，可以是任意一個表達(dá)式。所以，我們可以這樣寫一個死循環(huán)：

當(dāng)然，我們經(jīng)常會把它簡化成：

for(;;)
{
  ...
}

既然循環(huán)控制體中的A只是在循環(huán)開始前作一個初始化的操作，那我這樣寫應(yīng)該也沒毛?。?/p>

B是循環(huán)執(zhí)行的條件，而C是循環(huán)執(zhí)行后的操作，那我們就可以把一個標(biāo)準(zhǔn)的if語句寫成for的形式，而實(shí)現(xiàn)同樣的功能：

if(strstr('hello world!','abc'))
{
 printf('Find Sub-string');
}

以上的例子可能有些雞肋，“一個if能搞定的事情，我為什么要用for？”，沒錯。我們這里主要是為了解釋for循環(huán)的靈活用法。深入理解了它的本質(zhì)，有助于我們在實(shí)際開發(fā)中讓工作事半功倍，以及看懂別人的代碼。

以下我再列舉幾個for循環(huán)靈活應(yīng)用的例子，供大家回味。

例1：

 char *p; 

 for(p='abcdefghijklmnopqrstuvwxyz'; printf(p); p++) 
 printf('\r\n');

提示：printf 我們太熟悉了，但是有幾個人知道 printf 是有返回值的？輸出應(yīng)該是怎樣的？

例2：

提示：還記得C語言中的三目運(yùn)算和逗號表達(dá)式嗎？n應(yīng)該等于幾？

例3：

unsigned char *index='C[XMZA[C[NK[RDEX@';

char *alphabet='EHUIRZWXABYPOMQCTGSJDFKLNV ';

int i=0; 

for(;(('@'!=index[i])?1:(printf('!!Onz\r\n'),0));i++) 
{
printf('%c',alphabet[index[i]-'A']);
}

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