Объявление массивов в языке программирования C-51

При обработке данных достаточно часто приходится работать с рядом переменных одинакового типа (и описывающих одинаковые объекты). В этом случае эти переменные имеет смысл объединить одним идентификатором. Это позволяют сделать массивы.

Массивы - это группа элементов одинакового типа (float, char, int и т.п.). Из объявления массива компилятор должен получить информацию о типе элементов массива и их количестве. Объявление массива имеет два формата:

спецификатор-типа описатель [константное-выражение];
спецификатор-типа описатель [ ];

Описатель - это идентификатор массива.

Спецификатор-типа задает тип элементов объявляемого массива. Элементами массива не могут быть функции и элементы типа void.

Константное-выражение в квадратных скобках задает количество элементов массива. Константное- выражение при объявлении массива может быть опущено в следующих случаях:

• при объявлении массив инициализируется,
• массив объявлен как формальный параметр функции,
• массив объявлен как ссылка на массив, явно определенный в другом файле.

В языке СИ определены только одномерные массивы, но поскольку элементом массива может быть массив, можно определить и многомерные массивы. Они формализуются списком константных-выражений следующих за идентификатором массива, причем каждое константное-выражение заключается в свои квадратные скобки.

Каждое константное-выражение в квадратных скобках определяет число элементов по данному измерению массива, так что объявление двухмерного массива содержит два константных-выражения, трехмерного - три и т.д. Отметим, что в языке СИ первый элемент массива имеет индекс равный 0.

Примеры:

int a[2][3]; /* представлено в виде матрицы

a[0][0] a[0][1] a[0][2]

a[1][0] a[1][1] a[1][2] */

float b[10]; /* вектор из 10 элементов имеющих тип double */

int w[3][3] = { { 2, 3, 4 },

{ 3, 4, 8 },

{ 1, 0, 9 } };

В последнем примере объявлен массив w[3][3]. Списки, выделенные в фигурные скобки, соответствуют строкам массива, в случае отсутствия скобок инициализация будет выполнена неправильно.

В языке СИ можно использовать сечения массива, как и в других языках высокого уровня (PL1 и т.п.), однако на использование сечений накладывается ряд ограничений. Сечения формируются вследствие опускания одной или нескольких пар квадратных скобок. Пары квадратных скобок можно отбрасывать только справа налево и строго последовательно. Сечения массивов используются при организации вычислительного процесса в функциях языка СИ, разрабатываемых пользователем.

Примеры:

int s[2][3];

Если при обращении к некоторой функции написать s[0], то будет передаваться нулевая строка массива s.

int b[2][3][4];

При обращении к массиву b можно написать, например, b[1][2] и будет передаваться вектор из четырех элементов, а обращение b[1] даст двухмерный массив размером 3 на 4. Нельзя написать b[2][4], подразумевая, что передаваться будет вектор, потому что это не соответствует ограничению наложенному на использование сечений массива.

Для работы с символьными строками в языке программирования С используются массивы символов, например:

char str[] = "объявление массива символов";

Следует учитывать, что в символьной строке находится на один элемент больше, так как последним элементом строки должен быть '\0'. В этом примере использовано неявное задание длины массива символов. Это стало возможным так как массиву сразу присваивается конкретное значение. При программировании микроконтроллеров семейства MCS-51 такое задание массива может привести к неоправданному расходу внутренней памяти данных, поэтому лучше воспользоваться размещением строки в памяти программ:

char code str[] = "объявление массива символов";

Структуры

Работа с массивами облегчает понимание и написание программы, когда для обозначения похожих элементов используется один идентификатор. Однако в ряде случаев приходится обрабатывать разнородные элементы, описывающие один объект. В этом случае вместо массива используется структура.

Cтруктура - это составной объект, в который входят элементы любых типов, за исключением функций. В отличие от массива, который является однородным объектом, структура может быть неоднородной. Тип структуры определяется записью вида:

struct { список описаний}

В структуре обязательно должен быть указан хотя бы один компонент. Компоненты структуры называются полями структуры. Объявление полей производится в следующем виде:

тип-данных описатель;

где тип-данных указывает тип структуры для объектов, определяемых в описателях. В простейшей форме описатели представляют собой идентификаторы переменных или массивов.

Пример объявления структур:

struct//Описание типа структуры-------------------------

{char tzvet,//Цвет точки

int x, //Координата X

y; //Координата Y

}//------------------------------------------------------

tochka1, tochka2, //Переменные, обозначающие точки дисплея

simv[7][9]; //Переменная, содержащая рисунок символа

struct

{int year; //Поле структуры, в котором хранится год

char moth, //Поле структуры, в котором хранится месяц

day; //Поле структуры, в котором хранится день

}//-------------------------------------------------------

date1, date2;//Переменные, обозначающие две различных даты

Переменные tochka1, tochka2 объявляются как структуры, каждая из которых состоит из трех полей tzvet, х и у. Переменная simv объявляется как двумерный массив, состоящий из 63 переменных, описывающих точку дисплея. Во втором объявлении каждая из двух переменных date1, date2 состоит из трех компонентов year, moth, day.

Существует и другой способ связывания имени переменной с типом структуры, он основан на использовании отдельного объявления типа структуры. Тип структуры описывается следующим образом:

struct тип-структуры { список описаний; };

где тип-структуры является идентификатором типа объявляемой структуры и может быть использован для последующего объявления структур данного вида (то есть содержащих точно такие же поля) в форме:

struct тип-структуры список-идентификаторов;

В приведенном ниже примере идентификатор student описывается как тип структуры:

struct student

{char name[25];//Имя и фамилия студента

int id, //Номер в журнале

age; //Возраст

char usp; //успеваемость

};

Пример:

struct student st1[23];//объявление массива переменных типа студент

Доступ к полям структуры осуществляется с помощью указания имени структуры и следующего через точку имени поля, например:

st[1].name="Иванов";

st[1].id=2;

st[1].age=23;

Поля битов

Элементом структуры может быть битовое поле, обеспечивающее доступ к отдельным битам памяти. Вне структур битовые поля объявлять нельзя. Нельзя также организовывать массивы битовых полей и нельзя применять к полям операцию определения адреса. В общем случае тип структуры с битовым полем задается в следующем виде:

struct { unsigned идентификатор 1: длина-поля 1;

unsigned идентификатор 2: длина-поля 2; }

длина-поля задается целым выражением или константой. Эта константа определяет число битов, отведенное соответствующему полю. Поле нулевой длинны обозначает выравнивание на границу следующего слова.

Пример:

struct

{unsigned R: 1;//Флаг приёма байта

unsigned T: 1;//Флаг передачи байта

unsigned Cmd:5;//Поле команды

unsigned St: 1;//Поле статуса

} Cntr;

Структуры битовых полей могут содержать и знаковые компоненты. Такие компоненты автоматически размещаются на соответствующих границах слов, при этом некоторые биты слов могут оставаться неиспользованными.

Ссылки на поле битов выполняются точно так же, как и компоненты общих структур. Само же битовое поле рассматривается как целое число, максимальное значение которого определяется длиной поля. Например:

Cntr.Cmd=30;

Объединения (смеси)

Главной особенностью объединения является то, что для каждого из объявленных элементов этого объединения выделяется одна и та же область памяти, т.е. они перекрываются. Хотя доступ к этой области памяти возможен с использованием любого из элементов, элемент для этой цели должен выбираться так, чтобы полученный результат не был бессмысленным.

Объединение применяется для следующих целей:

1. использования одного и той же области памяти для размещения переменных различного типа;
2. интерпретации представления переменной одного типа, как несколько переменных другого типа.

Объединение по описанию подобно структуре. Тип объединения может задаваться в следующем виде:

union { описание элемента 1;

...

описание элемента n; };

Доступ к элементам объединения осуществляется тем же способом, что и к структурам.

Память, которая соответствует переменной типа объединения, определяется величиной, необходимой для размещения наиболее длинного элемента объединения. Когда используется элемент меньшей длины, то переменная типа объединения может содержать неиспользуемую память. Все элементы объединения хранятся в одной и той же области памяти, начиная с одного адреса.

Второй вариант можно проиллюстрировать следующим образом. Например, требуется передать число плавающего типа. Однако последовательный порт может передавать или принимать только однобайтовые числа. В этом случае можно воспользоваться объединением:

union {float Koeff; //Интерпретация объединения как переменной плавающего типа

char byte[4];//Интерпретация объединения как массива

} bufer; //Объявление переменной bufer

Объединение bufer позволяет последовательному порту получить отдельный доступ ко всем байтам числа bufer.Koeff начиная от младшего байта bufer.byte[0], и заканчивая старшим байтом bufer.byte[3]. В программе затем можно пользоваться загруженным числом как числом с плавающей запятой.

* Для тех читателей что вышли на эту страницу по поиску прошу обратить внимание, что здесь рассматривается не стандартный язык программирования С, а язык, адаптированный к микроконтроллерам серии MCS-51. Имеются отличия!

Объявление указателей в языке программирования C-51*

Указатель - это переменная, которая может содержать адрес другой переменной. Указатель может быть использован для работы с переменной, адрес которой он содержит. Использование указателей позволяет реализовать более эффективную обработку массивов, структур, а также реализовывать подпрограммы, которые будут работать над различными областями памяти микроконтроллера. Для этого в подпрограмму нужно только передать начальный адрес обрабатываемой области памяти.

Для инициализации указателя (записи начального адреса переменной) можно использовать идентификатор переменной, при этом в качестве идентификатора может выступать имя переменной, массива, структуры, литеральной строки.

При объявлении переменной - указателя, необходимо определить тип объекта данных, адрес которых будет содержать переменная, и имя указателя с предшествующей звездочкой (или группой звездочек). Формат объявления указателя:

спецификатор-типа [ модификатор ] *описатель.

Спецификатор-типа задает тип объекта и может быть любого основного типа, структуры или смеси (об этих типах будет сказано ниже). Задавая вместо спецификатора-типа ключевое слово void, можно отсрочить определение типа, на который ссылается указатель. Переменная, объявляемая как указатель на тип void, может быть использована для ссылки на объект любого типа. Однако для того, чтобы можно было выполнить арифметические и логические операции над указателями или над объектами, на которые они указывают, необходимо при выполнении каждой операции явно определить тип объектов. Такие определения типов могут быть выполнены с помощью операции приведения типов.

Примеры объявления указателей на различные типы переменных:

unsigned int * ptr; /* переменная ptr представляет собой указатель на целую беззнаковую) переменную*/

float * x; /* переменная х указывает на переменную с плавающей точкой*/

char *buffer; /*объявляется указатель с именем buffer который указывает на символьную переменную*/

Теперь для того, чтобы начать работать с этими указателями достаточно их инициализировать. Например:

ptr=&A; //Присвоить адрес переменной A

*ptr=2+2;//Работаем с переменной A

a=&B;

*ptr=3*4;//А теперь работаем с переменной B

В качестве модификаторов при объявлении указателя могут выступать ключевые слова const, data, idata, xdata, code. Ключевое слово const указывает, что указатель не может быть изменен в программе. Размер переменной, объявленной как указатель, зависит от модификатора и используемого вида памяти, для которой будет компилироваться программа. Указатели на различные типы данных не обязательно должны иметь одинаковую длину.

Для модификации размера указателя можно использовать ключевые слова data, idata, xdata, code.

Задавая вместо спецификатора типа, ключевое слово void, можно отсрочить определение типа, на который ссылается указатель. Переменная, объявляемая как указатель на тип void, может быть использована для ссылки на объект любого типа. Однако для того, чтобы можно было выполнить арифметические и логические операции над указателями или над объектами, на которые они указывают, необходимо при выполнении каждой операции явно определить тип объектов. Такие определения типов могут быть выполнены с помощью операции приведения типов.

float nomer;

void *addres;

addres = &nomer;

(float *)addres ++;

/* Переменная addres объявлена как указатель на объект любого типа.

Поэтому ей можно присвоить адрес любого объекта (& - операция

вычисления адреса). Однако, как было отмечено выше, ни одна

арифметическая операция не может быть выполнена над указателем,

пока не будет явно определен тип данных, на которые он указывает. Это

можно сделать, используя операцию приведения типа (float *) для

преобразования типа указателя addres к типу float. Затем оператор ++

отдаёт приказ перейти к следующему адресу.*/

В качестве модификаторов при объявлении указателя могут выступать ключевые слова const, data, idata, xdata, code. Ключевое слово const указывает, что указатель не может быть изменен в программе.

Вследствие уникальности архитектуры контроллера 8051 и его производных компилятор С51 поддерживает 2 вида указателей: память-зависимые и нетипизированные.

Нетипизированные указатели

Нетипизированные указатели объявляются точно так же, как указатели в стандартном языке программирования C. Для того, чтобы не зависеть от типа памяти, в которой может быть размещена переменная, для нетипизированных указателей выделяется 3 байта. В первом байте указывается вид памяти переменной, во втором байте - старший байт адреса, в третьем - младший байт адреса переменной. Нетипизированные указатели могут быть использованы для обращения к любым переменным независимо от типа памяти микроконтроллера. Именно поэтому многие библиотечные функции языка программирования C51 используют указатели этого типа, при этом им совершенно неважно, в какой именно области памяти размещаются переменные. Приведем листинг, в котором отображаются особенности трансляции нетипизированных указателей:

stmt level source

1 char *c_ptr; /* char ptr */

2 int *i_ptr; /* int ptr */

3 long *l_ptr; /* long ptr */

5 void main (void)

6 {

7 1 char data dj; /*переменные во внутренней памяти данных data */

8 1 int data dk;

9 1 long data dl;

10 1

11 1 char xdata xj; /*переменные во внешней памяти данных xdata */

12 1 int xdata xk;

13 1 long xdata xl;

14 1

15 1 char code cj = 9; /*переменные в памяти программ code */

16 1 int code ck = 357;

17 1 long code cl = 123456789;

18 1

19 1 /*настроим указатели на внутреннюю память данных data */

20 1 c_ptr = &dj;

21 1 i_ptr = &dk;

22 1 l_ptr = &dl;

23 1 /*настроим указатели на внешнюю память данных xdata */

24 1 c_ptr = &xj;

25 1 i_ptr = &xk;

26 1 l_ptr = &xl;

27 1 /*настроим указатели на память программ code */

28 1 c_ptr = &cj;

29 1 i_ptr = &ck;

30 1 l_ptr = &cl;

31 1 }

ASSEMBLY LISTING OF GENERATED OBJECT CODE

; FUNCTION main (BEGIN)

; SOURCE LINE # 5

; SOURCE LINE # 6

; SOURCE LINE # 20

0000 750000 R MOV c_ptr,#00H

0003 750000 R MOV c_ptr+01H,#HIGH dj

0006 750000 R MOV c_ptr+02H,#LOW dj

; SOURCE LINE # 21

0009 750000 R MOV i_ptr,#00H

000C 750000 R MOV i_ptr+01H,#HIGH dk

000F 750000 R MOV i_ptr+02H,#LOW dk

; SOURCE LINE # 22

0012 750000 R MOV l_ptr,#00H

0015 750000 R MOV l_ptr+01H,#HIGH dl

0018 750000 R MOV l_ptr+02H,#LOW dl

; SOURCE LINE # 24

001B 750001 R MOV c_ptr,#01H

001E 750000 R MOV c_ptr+01H,#HIGH xj

0021 750000 R MOV c_ptr+02H,#LOW xj

; SOURCE LINE # 25

0024 750001 R MOV i_ptr,#01H

0027 750000 R MOV i_ptr+01H,#HIGH xk

002A 750000 R MOV i_ptr+02H,#LOW xk

; SOURCE LINE # 26

002D 750001 R MOV l_ptr,#01H

0030 750000 R MOV l_ptr+01H,#HIGH xl

0033 750000 R MOV l_ptr+02H,#LOW xl

; SOURCE LINE # 28

0036 7500FF R MOV c_ptr,#0FFH

0039 750000 R MOV c_ptr+01H,#HIGH cj

003C 750000 R MOV c_ptr+02H,#LOW cj

; SOURCE LINE # 29

003F 7500FF R MOV i_ptr,#0FFH

0042 750000 R MOV i_ptr+01H,#HIGH ck

0045 750000 R MOV i_ptr+02H,#LOW ck

; SOURCE LINE # 30

0048 7500FF R MOV l_ptr,#0FFH

004B 750000 R MOV l_ptr+01H,#HIGH cl

004E 750000 R MOV l_ptr+02H,#LOW cl

; SOURCE LINE # 31

0051 22 RET

; FUNCTION main (END)

Память зависимые указатели

В объявления память-зависимых указателей всегда включается модификатор памяти. Обращение всегда происходит к указанной области памяти, например:

char data *str; /*указатель на строку во внутренней памяти данных data */

int xdata *numtab; /*указатель на целую во внешней памяти данных xdata */

long code *powtab; /*указатель на длинную целую в памяти программ code */

Поскольку модель памяти определяется во время компиляции, типизированным указателям не нужен байт, в котором указывается тип памяти микроконтроллера. Поэтому программа с использованием типизированных указателей будет короче и будет выполняться быстрее по сравнению с программой, использующей нетипизированные указатели. Типизированные указатели могут иметь размер в 1 байт (указатели на память idata, data, bdata, и pdata) или в 2 байта (указатели на память code и xdata).

Объявление новых типов переменных

В языке программирования C-51 имеется возможность заранее объявить тип переменной, а затем воспользоваться им при объявлении переменных. Использование заранее объявленного типа позволяет при объявлении переменной сократить его длину, избежать ошибок при объявлении переменных в разных местах программы и добиться полной идентичности объявляемых переменных.

Объявить новый тип переменной можно двумя способами. Первый способ – указать имя типа при объявлении структуры, объединения или перечисления, а затем использовать это имя в объявлении переменных и функций. Второй – использовать для объявления типа ключевое слово typedef.

При объявлении типа с ключевым словом typedef, идентификатор стоящий на месте описываемого объекта, является именем объявляемого типа данных, и далее этот тип может быть использован для объявления переменных.

Отметим, что любой тип может быть объявлен с использованием ключевого слова typedef, включая типы указателей, функций или массивов. Имя с ключевым словом typedef для типов указателя, структуры, объединения может быть объявлено прежде чем эти типы будут определенны, но в пределах видимости объявителя.

Примеры объявления и использования новых типов:

typedef

float

(* MATH)(); // MATH - новое имя типа, представляющее указатель на функцию, возвращающую значения типа float

typedef

char

FIO[40] // FIO - массив из сорока символов

MATH cos; // cos указатель на функцию, возвращающую значения типа double

// Можно провести эквивалентное объявление

float

(* cos)();

FIO person; //Переменная person - массив из сорока символов

// Это эквивалентно объявлению

char

person[40];

При объявлении переменных и типов здесь были использованы имена типов (MATH FIO). Помимо объявления переменных, имена типов могут еще использоваться в трех случаях: в списке формальных параметров при объявлении функций, в операциях приведения типов и в операции sizeof.

Инициализация данных

В языке программирования C-51, как и в других версиях языка C при объявлении переменной ей можно присвоить начальное значение, присоединяя инициатор к описателю. При этом во время запуска Вашей программы в ячейки памяти, соответствующие этим переменным будут записаны начальные значения. Только после этого выполнение программы будет передано подпрограмме main();.

Инициатор переменной начинается со знака "=" и может быть записан в следующих форматах:

Формат 1: = инициатор;
Формат 2: = { список - инициаторов };

Формат 1 используется при инициализации переменных основных типов и указателей, а формат 2 - при инициализации составных объектов.

Примеры присваивания первоначальных значений простым переменным:

char tol = 'N'; //Переменная tol инициализируется символом 'N'.

const long megabyte = (1024*1024);

Немодифицируемой переменной megabyte присваивается значение константного выражения, после чего эта переменная не может быть изменена. Отмечу, что для микроконтроллеров семейства MCS-51 внутренняя память является дефицитным ресурсом, поэтому использовать ее для хранения констант нерационально. Лучше объявить переменную с спецификатором типа памяти code.

static int b[2][2] = {1,2,3,4};

Инициализируется двухмерный массив b целых величин, элементам массива присваиваются значения из списка. Эта же инициализация может быть выполнена следующим образом:

static int b[2][2] = { { 1,2 }, { 3,4 } };

При инициализации массива можно опустить одну или несколько размерностей

static int

b[3] = { { 1,2 }, { 3,4 } };

Если при инициализации указано меньше значений для строк, то оставшиеся элементы инициализируются 0, т.е. при описании

static int b[2][2] = { { 1,2 }, { 3 } };

элементы первой строки получат значения 1 и 2, а второй 3 и 0.

При инициализации составных объектов, нужно внимательно следить за использованием скобок и списков инициализаторов.

Примеры:

struct complex

{float real;

float imag;

}comp[2][3]={{{1,1},{2,3},{ 4, 5}},

{{6,7},{8,9},{10,11}}

};

В данном примере инициализируется массив структур comp из двух строк и трех столбцов, где каждая структура состоит из двух элементов real и imag.

struct

complex comp2 [2][3] = { {1,1},{2,3},{4,5},{6,7},{8,9},{10,11} };

В этом примере компилятор интерпретирует рассматриваемые фигурные скобки следующим образом:

• первая левая фигурная скобка - начало составного инициатора для массива comp2;
• вторая левая фигурная скобка - начало инициализации первой строки массива comp2[0]. Значения 1,1 присваиваются двум элементам первой структуры;
• первая правая скобка (после 1) указывает компилятору, что список инициаторов для строки массива окончен, и элементы оставшихся структур в строке comp[0] автоматически инициализируются нулем;
• аналогично список {2,3} инициализирует первую структуру в строке comp[1], а оставшиеся структуры массива обращаются в нули;
• на следующий список инициализаторов {4,5} компилятор будет сообщать о возможной ошибке так как строка 3 в массиве comp2 отсутствует.

При инициализации объединения задается значение первого элемента объединения в соответствии с его типом.

Пример:

union tab

{unsigned char name[10];

int tab1;

}pers={'A','H','T','O','H'};

Инициализируется переменная pers.name, и так как это массив, для его инициализации требуется список значений в фигурных скобках. Первые пять элементов массива инициализируются значениями из списка, остальные нулями.

Инициализацию массива символов можно выполнить при помощи литеральной строки.

char stroka[ ] = "привет";

Инициализируется массив символов из 7 элементов, последним элементом (седьмым) будет символ '\0', которым завершаются все литеральные строки.

В случае, если задается размер массива, а литеральная строка длиннее, чем размер массива, то лишние символы отбрасываются. Следующее объявление инициализирует переменную stroka как массив, состоящий из семи элементов.

char stroka[5]="привет";

В переменную stroka попадают первые пять элементов литерала, а символы 'т' и '\0' отбрасываются. Если строка короче размерности массива, то оставшиеся элементы массива заполняются нулями. Отметим, что инициализация переменной типа tab может иметь следующий вид:

union tab pers1="Антон";

и, таким образом, в символьный массив попадут символы:

'А','Н','Т','О','Н','\0',

а в остальные элементы будут записаны нули.

* Для тех читателей что вышли на эту страницу по поиску прошу обратить внимание, что здесь рассматривается не стандартный язык программирования С, а язык, адаптированный к микроконтрол

Использование функций в языке программирования С-51*

В отличие от других языков программирования высокого уровня в языке С нет деления на основную программу, процедуры и функции. В этом языке вся программа строится только из функций. Мощность языка С во многом определяется легкостью и гибкостью объявления и реализации функций.

Функция - это совокупность объявлений и операторов, обычно предназначенная для решения определенной задачи. Термин функция в языке программирования С эквивалентен понятию подпрограммы. Действия, выполняемые основной программой в других языках программирования такие как очистка внутреннего ОЗУ и присваивание начального значения переменным, выполняются автоматически при включении питания. После завершения этих действий вызывается подпрограмма с именем main. Каждая функция должна иметь имя, которое используется для ее объявления, определения и вызова.

В любой программе, написанной на языке программирования С-51 должна быть функция с именем main (главная функция), именно с этой функции, в каком бы месте программы она не находилась, начинается выполнение программы. Обратите внимание, что на языке программирования С-51 пишутся программы для микроконтроллеров. Поэтому эти программы не должны завершаться пока включено питание микроконтроллера. Это значит, что в функции main обязательно должен быть бесконечный цикл. В противном случае при выходе из этой функции управление будет передано случайному адресу памяти программ. Это может привести к непредсказуемым результатам, вплоть до выхода микроконтроллерной системы из строя.

При вызове функции ей при помощи аргументов (формальных параметров) могут быть переданы некоторые значения (фактические параметры), используемые во время выполнения функции. Функция может возвращать некоторое, но только одно, значение. Это возвращаемое значение и есть результат выполнения функции, который при выполнении программы подставляется в выражение, из которого производился вызов функции.

Допускается также использовать функции не имеющие аргументов и функции не возвращающие никаких значений. Действие таких функций может состоять, например, в изменении значений некоторых переменных, выводе на экран жидкокристаллического индикатора текстовых надписей и т.п.. Иными словами можно сказать, что такая функция работает подобно подпрограмме-процедуре.

С использованием функций в языке С-51 связаны три понятия - определение функции (описание действий, выполняемых подпрограммой-функцией), объявление функции (задание формы обращения к функции) и вызов функции.

Определение подпрограмм

Определение функции состоит из заголовка и тела. Определение функции записывается в следующем виде:

[спецификатор класса памяти] [спецификатор типа] имя функции ([список формальных параметров]) //Заголовок функции

{ //тело функции

}

Заголовок функции задает тип возвращаемого значения, имя функции, типы и число формальных параметров.

Тело функции - это составной оператор, содержащий операторы, определяющие действие функции. Тело функции начинается с фигурной скобки '{' и состоит из объявления переменных и исполняемых операторов. Именно эти операторы, входящие в тело функции, и определяют действие функции. Завершается тело функции закрывающей фигурной скобкой '}'.

Пример определения функции:

bit SostKnIzm(void)//Заголовок функции

{//---------------начало тела функции--------------

bit tmp=0;

if(P0!=0xff)tmp=1;

return tmp;

}//---------------конец тела функции-----------------

//================== Вызывающая подпрограмма ==========

...

if(SostKnIzm()) //Вызов подпрограммы SostKnIzm

DecodSostKn();

В приведенном примере показано как при помощи функции, возвращающей битовую переменную можно повысить наглядность исходного текста программы. Оператор if(SostKnIzm()) DecodSostKn(); практически не требует комментариев. Имя функции SostKnIzm показывает что контролирует эта функция.

Необязательный спецификатор класса памяти задает класс памяти функции, который может быть static или extern.

При использовании спецификатора класса памяти static функция становится невидимой из других файлов программного проекта, то есть информация об этой функции не помещается в объектный файл. Использование спецификатора класса памяти static может быть полезно для того, чтобы имя этой функции могло быть использовано в других файлах программного проекта для реализации совершенно других задач. Если функция, объявленная с спецификатором класса памяти static, ни разу не вызывалась в данном файле, то она вообще не транслируется компилятором и не занимает места в программной памяти микроконтроллера, а программа-компилятор языка программирования С-51 выдает предупреждение об этом. Это свойство может быть полезным при отладке программ и программных модулей.

Использование спецификатора класса памяти extern используется для связывания подпрограмм, находящихся в других модулях (и возможно написанных на других языках программирования) с вызовом подпрограммы из данного программного модуля. В основном использование этого спецификатора класса памяти эквивалентно предварительному объявлению функции, которое будет рассмотрено далее. Если спецификатор класса памяти функции не указан, то подразумевается класс памяти extern, то есть по умолчанию все подпрограммы считаются глобальными и доступными из всех файлов программного проекта.

Спецификатор типа функции задает тип возвращаемого значения и может задавать любой тип. Если спецификатор типа не задан, то по умолчанию предполагается, что функция возвращает значение типа int. Функция не может возвращать массив или функцию, но может возвращать указатель на любой тип, в том числе и на массив и на функцию. Тип возвращаемого значения, задаваемый в определении функции, должен соответствовать типу в объявлении этой функции.

Функция возвращает значение если ее выполнение заканчивается оператором return, содержащим некоторое выражение. Указанное выражение вычисляется, преобразуется, если необходимо, к типу возвращаемого значения и возвращается в точку вызова функции в качестве результата. Пример определения подпрограммы-функции:

#include <reg51.h> //Подключить описания внутренних регистров микроконтроллера

char getkey () //Заголовок функции, возвращающей байт, принятый по последовательному порту

{while (!RI); //Если последовательный порт принял байт,

RI = 0; //то подготовиться к приёму следующего байта

return (SBUF); //и передать принятый байт в вызывающую подпрограмму.

}

В операторе return возвращаемое значение может записываться как в скобках, так и без них. Если функция определена как функция, возвращающая некоторое значение (подпрограмма-функция), а в операторе return при выходе из нее отсутствует выражение, то это может привести к непредсказуемым результатам.

Для функций, не использующих возвращаемое значение (подпрограмм-процедур), должен быть использован тип void, указывающий на отсутствие возвращаемого значения. Если оператор return не содержит выражения или выполнение функции завершается после выполнения последнего ее оператора (без выполнения оператора return), то возвращаемое значение не определено.

void putchar (char c) //Заголовок функции, передающей один байт через последовательный порт

{while (!TI); //Если передатчик последовательного порта готов к передаче байта

SBUF = c; //то занести в буфер передатчика последовательного порта байт

TI = 0; //и начать передачу

}

Все переменные, объявленные в теле функции без указания класса памяти, имеют класс памяти auto, т.е. они являются локальными. Так как глубина стека в процессорах семейства MCS-51 ограничена 256 байтами, то при вызове функций аргументам назначаются конкретные адреса во внутренней памяти микроконтроллера и производится их инициализация. Управление передается первому оператору тела функции и начинается выполнение функции, которое продолжается до тех пор, пока не встретится оператор return или последний оператор тела функции. Управление при этом возвращается в точку, следующую за точкой вызова, а локальные переменные становятся недоступными. При выходе из функции значения этих переменных теряются, так как при вызове других функций эти же ячейки памяти распределяются для их локальных переменных.

Если необходимо, чтобы переменная, объявленная внутри подпрограммы сохраняла своё значение при следующем вызове подпрограммы, то ее необходимо объявить с классом памяти static.

Параметры подпрограмм.

Список формальных параметров - это последовательность объявлений формальных параметров, разделенная запятыми. Формальные параметры - это переменные, используемые внутри тела функции и получающие значение при вызове функции путем копирования в них значений соответствующих фактических параметров.

Пример определения функции с одним параметром:

int rus (unsigned char r) //Заголовок функции

{//---------------начало тела функции--------------

if (r>='А' && c<=' ')

return 1;

else

return 0;

}//---------------конец тела функции-----------------

В данном примере определена функция с именем rus, имеющая один параметр с именем r и типом unsigned char. Функция возвращает целое значение, равное 1, если параметр функции является буквой русского алфавита, или 0 в противном случае.

Если функция не использует параметров, то наличие круглых скобок обязательно, а вместо списка параметров рекомендуется указать слово void. Например:

void main(void)

{P0=0; //Зажигание светодиода

while(1); //Бесконечный цикл

}

Порядок и типы формальных параметров должны быть одинаковыми в определении функции и во всех ее объявлениях. Поэтому желательно объявление функции поместить в отдельный файл, который затем можно включить в исходные тексты программных модулей при помощи директивы #include. Типы фактических параметров при вызове функции должны быть совместимы с типами соответствующих формальных параметров. Тип формального параметра может быть любым основным типом, структурой, объединением, перечислением, указателем или массивом. Если тип формального параметра не указан, то этому параметру присваивается тип int.

Для формального параметра можно задавать класс памяти register, при этом для величин типа int спецификатор типа можно опустить. Однако все известные мне компиляторы языка программирования С-51 игнорируют этот спецификатор, так как расположение параметров в памяти микроконтроллера оптимизируется с точки зрения использования минимального количества необходимой внутренней памяти.

По умолчанию компиляторы стараются передавать параметры в функцию через регистры, тем самым максимально сохраняя внутреннюю память микроконтроллеров. Номера регистров, используемые для передачи параметров в функцию в зависимости от типа аргументов приведены в таблице 1

Таблица 1

Номер аргумента	char, однобайтовый указатель	int, двухбайтовый указатель	long,float	Нетипизированные указатели
	R7	R6,R7	R4 - R7	R1 - R3
	R5	R4,R5	R4 - R7	R1 - R3
	R3	R2,R3		R1 - R3

Поскольку при вызове функции значения фактических параметров копируются в локальные переменные, в теле функции нельзя изменить значения переменных в вызывающей функции. Например нужно поменять местами значения переменных x и y:

/* Неправильное использование параметров функции */

void change (int x, int y)

{int k=x;

x=y;

y=k;

}

В данной функции значения локальных переменных x и y, являющихся формальными параметрами, меняются местами, но поскольку эти переменные существуют только внутри функции change, значения фактических параметров, используемых при вызове функции, останутся неизменными.

Однако, если в качестве параметра функции использовать указатель на переменную, то можно изменить значение переменной, адрес которой будет содержаться в указателе. Для того чтобы менялись местами значения фактических аргументов можно использовать функцию приведенную в следующем примере:

/* Правильное использование параметров функции */

void change (int *x, int *y)

{int k=*x;

*x=*y;

*y=k;

}

При вызове такой функции в качестве фактических параметров должны быть использованы не значения переменных, а их адреса:

change (&a,&b);

Предварительное объявление подпрограмм.

В языке С-51 нет требования, чтобы определение функции обязательно предшествовало ее вызову. Определения используемых функций могут следовать за определением функции main, перед ним, или находится в другом файле. Однако для того, чтобы компилятор мог осуществить проверку соответствия типов передаваемых фактических параметров типам формальных параметров и, если необходимо, выполнил соответствующие преобразования, до вызова функции нужно поместить объявление (прототип) функции.

Если объявление функции не задано, то по умолчанию строится прототип функции на основе анализа первого вызова функции. Тип возвращаемого значения создаваемого прототипа int, а список типов и числа параметров функции формируется на основании типов и числа фактических параметров используемых при данном вызове. Однако такой прототип не всегда согласуется с последующим определением функции. При размещении функции в другом файле или после оператора ее вызова рекомендуется задавать прототип функции. Это позволит компилятору либо выдавать диагностические сообщения, при неправильном использовании функции, либо правильным образом преобразовывать типы аргументов при её вызове.

Прототип - это явное объявление функции, которое предшествует определению функции. Тип возвращаемого значения при объявлении функции должен соответствовать типу возвращаемого значения в определении функции. Если прототип задан с классом памяти static, то и определение функции должно иметь класс памяти static. Объявление (прототип) функции имеет следующий формат:

[спецификатор класса памяти] [спецификатор типа] имя функции ([список формальных параметров]);

В отличие от определения функции, в прототипе за заголовком сразу же следует точка с запятой, а тело функции отсутствует. Правила использования остальных элементов формата такие же, как и при определении функции.

Для функции, определенной в предыдущем параграфе, прототип может быть записан в следующем виде:

int rus (unsigned char r);

При этом в объявлении функции имена формальных параметров могут быть опущены:

int rus (unsigned char);

Вызов подпрограмм.

Вызов функции имеет следующий формат:

имя функции ([список выражений]);

Список выражений представляет собой список фактических параметров, передаваемых в функцию. Этот список может быть и пустым, если в определении функции отсутствуют параметры, но наличие круглых скобок обязательно. Примеры вызова функции (подпрограммы-процедуры):

DecodSostKn();

VypFunc();

Функция, если она возвращает какое-либо значение (подпрограмма-функция), может быть вызвана и в составе выражения, например:

y=sin(x); //sin - это имя подпрограммы-функции

if(rus(c))SvDiod=Gorit; //rus - это имя подпрограммы-функции

Выполнение вызова функции происходит следующим образом:

1. Вычисляются выражения в списке выражений и подвергаются обычным арифметическим преобразованиям. Затем тип полученного фактического аргумента сравнивается с типом соответствующего формального параметра. Если они не совпадают, то либо производится преобразование типов, либо формируется сообщение об ошибке. Число выражений в списке выражений должно совпадать с числом формальных параметров. Если в прототипе функции указано, что ей не требуются параметры, а при вызове они указаны, формируется сообщение об ошибке.
2. Происходит присваивание значений фактических параметров соответствующим формальным параметрам.
3. Управление передается на первый оператор функции.

Поскольку имя функции является адресом начала тела функции, то в качестве обращения к функции может быть использовано не только имя функции но и значение указателя на функцию. Это значит что функция может быть вызвана через указатель на функцию. Пример объявления указателя на функцию:

int (*fun)(int x, int *y);

Здесь объявлена переменная fun как указатель на функцию с двумя параметрами: типа int и указателем на int. Сама функция должна возвращать значение типа int. Круглые скобки, содержащие имя указателя fun и признак указателя *, обязательны, иначе запись

int *fun (int x,int *y);

будет интерпретироваться как объявление функции fun возвращающей указатель на int.

Вызов функции возможен только после инициализации значения указателя:

float (*funPtr)(int x, int y);

float fun2(int k, int l);

...

funPtr=fun2; /* инициализация указателя на функцию */

(*funPtr)(2,7); /* обращение к функции */

В рассмотренном примере указатель на функцию funPtr описан как указатель на функцию с двумя параметрами, возвращающую значение типа double, и также описана функция fun2. В противном случае, т.е. когда указателю на функцию присваивается функция описанная иначе чем указатель, произойдет ошибка.

Рассмотрим пример использования указателя на функцию в качестве параметра функции вычисляющей производную от функции cos(x).

Пример:

float proiz(float x,float dx,float(*f)(float x));

float fun(float z);

int main()

{float x; /* точка вычисления производной */

float dx; /* приращение */

float z; /* значение производной */

scanf("%f,%f",&x,&dx); /* ввод значений x и dx */

z=proiz(x,dx,fun); /* вызов функции */

printf("%f",z); /* печать значения производной */

}

float proiz(float x,float dx,float (*f)(float z))/* функция вычисляющая производную */

{float xk,xk1;

xk=fun(x);

xk1=fun(x+dx);

return (xk1/xk-1e0)*xk/dx;

}

float fun(float z) /* функция от которой вычисляется производная */

{return (cos(z));

}

Для вычисления производной от какой-либо другой функции можно изменить тело функции fun или использовать при вызове функции proiz имя другой функции. В частности, для вычисления производной от функции cos(x) можно вызвать функцию proiz в форме

z=proiz(x,dx,cos);

а для вычисления производной от функции sin(x) в форме

z=proiz(x,dx,sin);

Рекурсивный вызов подпрограмм.

В стандартном языке программирования С все функции могут быть вызваны сами из себя или использоваться различными программными потоками одновременно. Для этого все локальные переменные располагаются в стеке. В микроконтроллерах семейства MCS-51 ресурсы внутренней памяти данных ограничены, поэтому в языке программирования С-51 для функций локальные переменные по умолчанию располагаются не в стеке, а непосредственно во внутренней памяти микроконтроллера. Если же подпрограмма должна вызываться рекурсивно, то ее необходимо объявить как программу с повторным вызовом (reentrant):

return_type funcname ([args]) reentrant

Классический пример рекурсии - это математическое определение факториала n!:

n! = 1 при n=0;

n*(n-1)! при n>1.

Функция, вычисляющая факториал, будет иметь следующий вид:

long fakt(int n) reentrant

{return ((n==1)?1:n*fakt(n-1));

}

Подпрограммы обработки прерываний.

Атрибут INTERRUPT позволяет объявить подпрограмму-процедуру обработки сигналов прерываний, поступающих от внешних устройств. Подпрограмма процедура с этим атрибутом вызывается при получении микроконтроллером соответствующего сигнала прерывания. Подпрограмма обработки прерываний не может быть подпрограммой функцией и не может иметь переменные-параметры. Формат использования атрибута:

interrupt N;

где N-любое десятичное число от 0 до 31.

Число N определяет номер обрабатываемого прерывания. При этом номер 0 соответствует внешнему прерыванию от ножки INT0, номер 1 соответствует прерыванию от таймера 0, номер 2 соответствует внешнему прерыванию от ножки INT1 и так далее. Пример подпрограммы-обработчика прерывания от таймера 0:

void IntTim0(void) interrupt 2

{TH0=25; TL0=32; //Задать новый интервал времени таймера T0

TF=0; //Сбросить флаг таймера T0 для разрешения следующего прерывания от данного таймера

}

При работе с прерываниями определяющим фактором является время реакции на прерывание. Для того, чтобы не сохранять содержимое используемых регистров микроконтроллера в стеке, в микроконтроллерах предусмотрено использование отдельных регистровых банков. В языке программирования С-51 для этого необходимо в объявлении подпрограммы указать используемый ею банк регистров. Для этого служить атрибут using:

void IntTim0(void) interrupt 2 using 1

{TH0=25; TL0=32; //Задать новый интервал времени таймера T0

TF=0; //Сбросить флаг таймера T0 для разрешения следующего прерывания от данного таймера

}

* Для тех читателей что вышли на эту страницу по поиску прошу обратить внимание, что здесь рассматривается не стандартный язык программирования С, а язык, адаптированный к микроконтроллерам серии MCS-51. Имеются отличия!

Дата добавления: 2014-01-07