單片機(jī)編程高效利用RAM資源的方法（1）

前言

對(duì)于大多數(shù)單片機(jī)來說，片內(nèi)的 RAM 空間通常都比片內(nèi) ROM 空間小，開發(fā)過程中，RAM 空間不足的情況更為常見，那么現(xiàn)在就來講講在編程的過程中，如何更加高效地利用好本就不充裕的 RAM 資源。

位域簡(jiǎn)介

百度百科關(guān)于位域的定義如下：

C語言允許在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中以位為單位來指定其成員所占內(nèi)存長度，這種以位為單位的成員稱為“位段”或稱“位域”( bit field) 。

理解位域的定義其實(shí)很簡(jiǎn)單，抓住兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就行：

• 在一個(gè)結(jié)構(gòu)體中
• 以位為單位

在如下的結(jié)構(gòu)體中，定義了兩個(gè)成員變量 field_1 和 field_2 ：

struct Bit_Field_t
{
    unsigned char field_1      :4;
    unsigned char field_2      :4;
};

其中成員 field_1 占用 4bit 內(nèi)存空間，成員 field_2 占用 4bit 內(nèi)存空間，共計(jì)占用 8bit 的內(nèi)存空間；在結(jié)構(gòu)體 Bit_Field_t 中，成員 field_1 和 field_2 所占用的內(nèi)存長度是以位為單位來指定的，所以成員 field_1 和 field_2 都叫位段（位域）。

使用位域最大的好處就是可以節(jié)省內(nèi)存，以上述的位域?yàn)槔?/p>

struct Bit_Field_t
{
    unsigned char field_1      :4;
    unsigned char field_2      :4;
};
struct Bit_Field_t Bit_Field;

這個(gè)位域總共占用 8bit 內(nèi)存空間，所以定義出來的變量 Bit_Field 只會(huì)占用一個(gè)字節(jié)的內(nèi)存空間。

如果不用位域，就定義普通的結(jié)構(gòu)體成員變量：

struct Bit_Field_t
{
    unsigned char field_1;
    unsigned char field_2;
};
struct Bit_Field_t Bit_Field;

那么這個(gè)結(jié)構(gòu)體變量 Bit_Field 就會(huì)占用兩字節(jié)（假設(shè)結(jié)構(gòu)體字節(jié)對(duì)齊）的內(nèi)存空間。

需要注意的是，2^4=16，所以用位域的方式定義成員變量 field_1 和 field_2 時(shí)，field_1 和 field_2 所能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)范圍是 0~15。

位域在程序開發(fā)中的妙用

實(shí)際開發(fā)過程中，可以發(fā)現(xiàn)很多信息其實(shí)用 0 或 1 就可以表示清楚了，例如按鍵狀態(tài)。

假設(shè)有 8 個(gè)按鍵，按鍵觸發(fā)時(shí)為 1 ，空閑時(shí)為 0。當(dāng)需要將這八個(gè)按鍵的狀態(tài)保存到變量里，提供給其他功能模塊調(diào)用獲取按鍵狀態(tài)時(shí)，最簡(jiǎn)單的方法就是定義 8 個(gè) unsigned char 的變量，為了方便其他功能模塊調(diào)用，可以是數(shù)組模式或者是結(jié)構(gòu)體模式，例如：

//數(shù)組形式
unsigned char key_state[8] = {0x00};


//結(jié)構(gòu)體形式
struct key_sta_t
{
    unsigned char key_0;
    unsigned char key_1;
    ......
    unsigned char key_6;
    unsigned char key_7;

}key_state;


//key_state[0] 或者 key_state.key_0 就表示按鍵0的狀態(tài)

不管是采用哪種方式，都會(huì)占用8字節(jié)的內(nèi)存空間（假設(shè)結(jié)構(gòu)體字節(jié)對(duì)齊）。

仔細(xì)分析，其實(shí)一個(gè)按鍵只有 0 和 1 兩種狀態(tài)，一個(gè)按鍵的狀態(tài)用 1bit 的內(nèi)存空間存儲(chǔ)就足夠了，8個(gè)按鍵就剛好一個(gè)字節(jié)內(nèi)存空間，這時(shí)候用位域的方式就非常合適了，例如：

//位域形式
struct key_sta_t
{
    unsigned char key_0        :1;
    unsigned char key_1        :1;
    ......
    unsigned char key_6        :1;
    unsigned char key_7        :1;

}key_state;


//key_state.key_0 表示按鍵0狀態(tài)

如果再優(yōu)化一下，在位域的基礎(chǔ)上再加上聯(lián)合體，那就更加實(shí)用了，例如：

union key_sta_t
{
    unsigned char res;
    struct
    {
       unsigned char key_0        :1;
       unsigned char key_1        :1;
       ......
       unsigned char key_6        :1;
      unsigned char key_7        :1;     

    }key_bit;

}key_state;

使用 key_state.key_bit.key_0 就可以表示按鍵0的狀態(tài)；有趣的來了，由于聯(lián)合體中所有成員占用的是同一段內(nèi)存，所以 有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系：

key_state.key_bit.key_0  == >  key_state.res 的 bit0
key_state.key_bit.key_7  == >  key_state.res 的 bit7

這樣的話就可以很輕松地判斷組合按鍵了。

例如按鍵0和按鍵1同時(shí)按下，那么就會(huì)有如下狀態(tài)：

key_state.key_bit.key_0 = 1;
key_state.key_bit.key_1 = 1;
key_state.res = 3;

我們只需要判斷 key_state.res 的值就可以知道那些組合按鍵被觸發(fā)了，如果需要清除所有按鍵狀態(tài)時(shí)，只需要將 key_state.res 清零即可，是不是十分方便！