C語言開發(fā)單片機為啥都是全局變量形式？

前言

全局變量簡直就是嵌入式系統(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

他們普遍的理解就是“變量都寫成全局該有多方便”。我之前面試過一個非常有名的做控制實驗室里出來的PhD/Master，前前后后陸續(xù)有快十個人。面試問題是用C寫PID。到后面的幾位面試的時候我都覺得沒有看的意義了，因為全都寫的是同一個風(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;
}

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

事實上在學(xué)校里做搞自動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，低耦合之類的和他們就不在同一個世界。進了公司有些人代碼質(zhì)量會變好，但有的還是會延續(xù)之前的習(xí)慣。前公司代碼庫里面凡是看不懂的代碼一律都是那一兩個Control Engineer寫的，寫完了還會用自己的名字給函數(shù)命名的那種。

要成為一個資深的嵌入式工程師相當(dāng)難，一方面要有非常扎實的理論知識，同時也要有相當(dāng)?shù)哪欠N大型的、高頻CPU、多層PCB板的設(shè)計經(jīng)驗。嵌入式硬件工程師要學(xué)的課程主要有模擬電路設(shè)計、數(shù)字電路設(shè)計、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)計和分析。

做非嵌入式的軟件工程師特點

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

別的文件真要訪問怎么辦？那就給每一個變量寫get/set函數(shù)??！問題是靜態(tài)變量寫在.c文件里編譯器是沒法優(yōu)化get/set的。結(jié)果就大面積的變量訪問要花幾倍的CPU時間去做get/set的函數(shù)調(diào)用。嵌入式項目很多情況下對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。（注意下這些項目是實時性要求很高的，晚一個毫秒算不完都不行。不是跑在電腦上鼠標卡一卡也無所謂的。）然后為了封裝性，在代碼里面塞這么多get/set嗎？

總結(jié)

總的來說嵌入式軟件里大部分的代碼都是中斷驅(qū)動的，天生就有很多變量是沒法使用參數(shù)傳遞的。全局變量的存在是因為正義站在這邊。但是嵌入式軟件遠遠沒有特殊到不需要按照正常軟件工程方法去管理的地步。要真有人認為“嵌入式軟件只要能工作就成，代碼丑一點無所謂的”純粹是軟件工程水平不行，不是因為控制水平太高。

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，全局變量只能寫在這個.c文件里，不要寫進.h文件。
② 如果有文件外調(diào)用，全局變量要寫在.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。別的文件要寫請調(diào)用set函數(shù)。
④ 所有的全局變量無論在.h還是.c里面都要包成同名struct。哪怕只有一個變量也要寫進struct里面。比如PID.c里面有一個pid_S，PID.h里面有個PID_S。這樣其他人不僅可以立即識別出一個變量是project內(nèi)global/文件內(nèi)static/函數(shù)內(nèi)local，同時還能輕松追溯到這個函數(shù)是屬于哪個文件的。
⑤ 不要寫函數(shù)內(nèi)的static變量。函數(shù)內(nèi)的static變量在實際的項目中幾乎就是bug生成器，沒法簡單的reset。而且對unit test非常不友好。