C语言与应用开发

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目录

一、C语言基础知识

C语言编译机制

1、宏定义与条件编译

2、运算符

3、指针

5、数组

6、内存管理

7、函数：

8、关键字：

9、Linux 下的文件类型

二、嵌入式应用开发：

系统调用、库函数：

文件IO（系统IO）：

文件描述符：

open、write、read、lseek、close：

​编辑

Linux下文件管理：

错误编号errno、strerror()、perror():

空洞文件：

文件描述符和文件的关系：

文件描述符的复制：

文件共享：

原子操作与竞争冒险：

截断文件 truncate()：

fcntl()和ioctl()：

标准IO：

标准I/O和文件I/O的区别：

fopen、fread、fwrite、fseek、ftell()：

检查或复位状态：

格式化输出和输入：

I/O 内核缓冲：

stdio缓冲：

文件描述符与FILE指针互转：

文件属性和目录：

文件类型-7类：

获取文件属性-stat函数：

软链接和硬链接：

目录：

字符串处理

字符串输出/输入：

系统信息和系统资源：

系统信息和时间获取：

进程时间（cpu时间）：

信号：

信号的分类：

进程对信号的处理：

向进程发送信号：

信号集：

信号掩码：

实时信号：

进程：

进程的相关概念：

进程相关的函数：

环境变量：

fork()创建子进程：

进程状态与进程关系：

守护进程：

进程间通信IPC：

通信目的：

如何通信：

通信方法：

1、管道

2、信号

3、内存映射

4、共享内存

5、信号量

6、socket套接字

7、消息队列

线程：

概念与特点：

创建线程：

终止线程：

回收线程：

取消线程：

分离线程：

线程同步：

互斥锁：

条件变量：

信号量：

网路编程：

基本概念知识：

UDP框架:

TCP框架:

---

一、C语言基础知识

1. C语言编译机制

包含预处理、编译、汇编、链接四个环节。

1 $ gcc Hello.c // 使用gcc 编译 Hello.c 并且默认生成一个名为 a.out的可执行文件
2 $ gcc Hello.c  ‐o  haha  // 使用gcc 编译 Hello.c ,并且指定生成名字为haha 的可执行文件

编译原理：

机器码（二进制）：是处理器能直接识别的语言，不同的机器码代表不同的运算指令，不同的处理器机器码不同，所以机器码不可移植。

汇编语言：是机器码的符号化，即汇编就是用一个符号来代替一条机器码，所以不同的处理器汇编也不一样，即汇编语言也不可移植。（汇编语言和机器码一一对应的）

C语言：在编译时我们可以使用不同的编译器，将C源码编译成不同架构处理器的汇编，所以C语言可以移植。

2. 宏定义与条件编译

    #define 是一个预处理命令，用来为一个字符串或者值定义一个符号常量。typedef是一个关键字，用于为已有类型定义新的类型别名。

    无参宏     例如：#define PI  (float)3.1415

    带参宏     例如：#define MAX(a,b)  a>b? a:b

    无值宏    例如：#define DE_BUG    //定义的时候不给值，只做“是否有定义”的判断用

 条件编译： 

 形式1：

    1 #ifdef      // 判断某一个宏是否有定义

    2

    3                 // 代码块

    4

    5 #endif      // 判断语句的结束

 形式2：

    #if MACRO   // 只要判断MACRO为非零值则表示条件为真

            printf("__%s__%s__%d__\n", __FUNCTION__ , __FILE__ , __LINE__ );

    #endif

    .h 头文件格式：

    1 #ifndef  DEMO_H     // 判断是否有定义某个宏 ，用来防止头文件被多次包含出现的重定义问题

    2 #define  DEMO_H    //如果没有定义，说明前面没有包含过该头文件

    3

    4 //其它头文件

    5 ....

    6 // 结构体声明

    7....

    8 // 函数声明

    9 ..

    10 #endif     // ifndef 的结束

要检查a是否定义：

#if defined  a  //检验a是否被定义

#undef  a     //用#undef语句解除定义

#define  a  200   //重新定义a为200

‘’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’

#ifndef  a    //如果a没有被定义,  #ifndef是if not defined的缩写

#define  a  100

#endif

 作用：表明这是C代码，要按照C语言的规则去解读，而不是按照C++的规则去解析，这样就可以保证C++代码正确的调用C代码。

#ifdef __cplusplus

extern "C"{

#endif

xxxxx //C语言的n个函数实现

#ifdef __cplusplus

}

#endif

3. 运算符

算数运算符：

运算符	术语	示例	结果
+	正号	+3	3
-	负号	-3	-3
+	加	10 + 5	15
-	减	10 - 5	5
*	乘	10 * 5	50
/	除	10 / 5	2
%	取模(取余)	10 % 3	1
++	前自增	a=2; b=++a;	a=3; b=3;
++	后自增	a=2; b=a++;	a=3; b=2;
--	前自减	a=2; b=--a;	a=1; b=1;
--	后自减	a=2; b=a--;	a=1; b=2;

赋值运算符：

运算符	术语	示例	结果
=	赋值	a=2; b=3;	a=2; b=3;
+=	加等于	a=0; a+=2;	a=2;
-=	减等于	a=5; a-=3;	a=2;
*=	乘等于	a=2; a*=2;	a=4;
/=	除等于	a=4; a/=2;	a=2;
%=	模等于	a=3; a%=2;	a=1;

逻辑运算符：与&&    或||    非!

4. 指针

内存地址(编号)：

编码就是对内存的每一个字节（8位）分配一个32位或64位的编号（与32位或者64位处理器相关）。 这个内存编号我们称之为内存地址。

 char:占一个字节分配一个地址

 int: 占四个字节分配四个地址

指针概念：

 指针的实质就是内存“地址”。指针就是地址，地址就是指针。

 指针是内存单元的编号，指针变量是存放地址的变量。

 指针也是一种数据类型，指针变量也是一种变量。

l指针变量指向谁，就把谁的地址赋值给指针变量。

l“*”操作符操作的是指针变量指向的内存空间。取目标。

&可以取得一个变量在内存中的地址，但不能取寄存器变量。

使用sizeof()测量指针的字节大小，得到的总是：4（32位系统）或8（46位系统）

指针变量加减：如果是一个int *，+1的结果是增加一个int的大小

int a = 10;

int * p = &a; //一级指针，p是指针变量

*p = 100;   //*p<==>a， a=100

二级指针

int **q = &p;//可理解为int *（*q） = &p   *q就是p    //**q就是a

定义	说明
int  i	定义整形变量
int *p	定义一个指向int的指针变量
int a[10]	定义一个有10个元素的数组，每个元素类型为int
int *p[10]	定义一个有10个元素的数组，每个元素类型为int*
int func()	定义一个函数，返回值为int型
int *func()	定义一个函数，返回值为int *型
int **p	定义一个指向int的指针的指针，二级指针

数组指针：专门用来指向数组的指针。

int (* p) [5] ;//定义一个名为p的指针，指向的类型为int  [5]

指针数组：专门用来存放指针的数组。

int * p[5] ; //定义一个名字为p的数组，并且确定该数组中用来存放int *整形地址。

指针与数组：

int arr[5] = {1,2,3,4,5};

int *p1 = &arr[0] ;  // 等价与int *p2= arr；指针p指向数组的首地址。（数组名arr只代表数组首元素的地址）

指针的万能拆解方法：

对于任何的指针都可以分为两部分：

第一部分：说明他是一个指针 （*p）

第二部分：说用它所指向的内容的类型   （*p）以外的东西

void 型指针：是没有办法直接索引目标的。必须先进行强制类型转换在使用。

修饰指针，表示该指针指向了一个未知类型的数据。

修饰函数的参数列表， 则表示该函数入参不需要参数。

修饰函数的返回值，则表示该函数没有返回值。

 

const指针：

常指针：char * const p； // p指针变量无法修改，p指针指向地址的内容可以变化。

常目标指针：修饰的是指针所指向的目标，表示无法通过该指针来改变目标的数据。

char const * p ;  等价于 const char * p ;

5. 数组

        只有在定义的时候赋值，才可以称为初始化。数组只有在初始化的时候才可以统一赋值。

 

6. 内存/外存

1. RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）
   • 定义：RAM是一种易失性存储器，能够随机访问存储在其中的数据。当电源关闭时，RAM中的数据会丢失。
   • 分类：
     • SRAM（Static Random Access Memory，静态随机存取存储器）：不需要刷新电路即能保存数据，存取速度快，但价格较高，通常用于CPU的缓存。
     • DRAM（Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器）：需要定期刷新以维持数据，存取速度相对较慢，但价格较低，是计算机内存的主流。DRAM进一步分为SDRAM、DDR SDRAM等。
2. ROM（Read-Only Memory，只读存储器）
   • 定义：ROM是一种非易失性存储器，数据在制造时写入，之后通常不能更改。
   • 注意：传统上ROM是只读的，但现代技术如Flash等已经模糊了ROM和RAM之间的界限。nand flash已代替ROM。
3. Flash
   • 定义：Flash是一种非易失性存储器，掉电不丢失，结合了RAM和ROM的优点。
   • 分类：
     • NOR Flash：适用于小容量、快速随机访问的场景，如BIOS、路由器系统等。
     • NAND Flash：写入性能好，大容量下成本低，广泛应用于手机、SSD等。NAND Flash进一步分为SLC、MLC、TLC等类型，根据每个存储单元存储的比特数不同而区分。存储器结构由块（Block）和页（Page）组成，每个块包含多个页。擦除操作以块为单位进行。
     • eMMC是一种集成了闪存芯片和控制器的储解决方案，其核心是NAND Flash。

内存：内部存贮器，暂存程序/数据——掉电丢失 SRAM、DRAM、DDR、DDR2、DDR3。内存是沟通CPU与硬盘的桥梁：暂存放CPU中的运算数据；暂存与硬盘等外部存储器交换的数据。

 外存：外部存储器，长时间保存程序/数据—掉电不丢ROM、ERRROM、FLASH（NAND [eMMc]、 NOR）、硬盘、光盘。

大端序（Big-Endian）和小端序（Little-Endian）：是两种计算机存储字节序的方式。

在计算机中，数据的存储是以字节为单位的，每个字节由8个二进制位组成。对于多字节的数据类型（如整数、浮点数等），计算机需要决定如何将其存储在内存中。

大端序是指将数据的高位字节存储在低位地址，低位字节存储在高位地址。小端序则相反，将数据的低位字节存储在低位地址，高位字节存储在高位地址。（网络字节序指的就是大端序）

例如: 数字int  258的16进制形式为0x00000102，二进制形式为：00000000 00000000 00000001 00000010，其在计算机内存中的小端序存储方式如图所示：

7. 函数：

静态函数：缩小可见范围，减少与其它文件中同名函数冲突的问题。静态函数一般会定义在头文件中， 然后被需要使用该函数的源文件包含即可。

    1 static int func (int a, int b )

    2 {

    3  // 函数体

    4 }

递归函数：概念： 如果一个函数的内部，包含了对自己的调用则称为递归函数。

8. 关键字：

static：

    静态变量都在全局数据区分配内存。静态全局变量在声明它的整个文件都是可见的，而在该文件之外是不可见的。

    局部变量所在函数每次调用的时候都会被重新分配存储空间，函数结束后，就会回收该存储空间。静态局部变量不会，始终保持当前值。

extren：

    用来声明全局变量的，表明变量或者函数是定义在其他其他文件中的。用来修饰外部全局变量，表示该变量在其他文件中定义。首先讲一下，

    声明与定义概念：声明不等于定义，声明只是指出了变量的名字，并没有为其分配存储空间；定义指出变量名字同时为变量分配存储空间，定义包含了声明。注意：在程序中一个变量可以声明多次，但只能定义一次。

volatile：

    提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变，因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候，告诉编译器对该变量不做优化，都会直接从变量内存地址中读取数据，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。如果没有volatile关键字，则编译器可能优化读取和存储，可能暂时使用寄存器中的值，如果这个变量由别的程序更新了的话，将出现不一致的现象。（简洁的说就是：volatile关键词影响编译器编译的结果，用volatile声明的变量表示该变量随时可能发生变化，与该变量有关的运算，不要进行编译优化，以免出错）。

    在嵌入式系统编程中，将变量声明为volatile通常用于处理硬件寄存器或在不同线程或中断服务例程（ISR）之间共享的变量。它确保编译器不会优化掉对该变量的某些操作，确保其值始终从内存中读取而不是从缓存中读取，并且对变量的写入立即对代码的其他部分可见。

9. Linux 下的文件类型

1，普通文件（regular）：存在于外部存储器中，用于存储普通数据。

2，目录文件（directory）：用于存放目录项，是文件系统管理的重要文件类型。

3，管道文件（pipe）：一种用于进程间通信的特殊文件，也称为命名管道 FIFO。

4，套接字文件（socket）：一种用于网络间通信的特殊文件。只能使用系统io访问。

5，链接文件（link）：用于间接访问另外一个目标文件，相当于 Windows 快捷方式。

6，字符设备文件（character）：字符设备在应用层的访问接口。只能使用系统io访问。

7，块设备文件（block）：块设备在应用层的访问接口

系统IO (没有设置缓冲区)

标准库IO

目录操作

库文件

10

 

二、嵌入式应用开发：

        通过调用内核提供的系统调用函数或使用C 库函数来开发具有相应功能的应用程序。

系统调用、库函数：

系统调用：Linux操作系统向应用层提供的接口，是Linux应用层进入内核空间的入口。比如open、write、read、close 等。

C库函数：一部分是对系统调用函数封装而来，在效率和使用便利性方面有提升。一部分是为调用系统函数的而编写的函数。

区别：

1. 库函数是属于应用层，而系统调用是内核提供给应用层的编程接口，属于系统内核的一部分；
2. 库函数运行在用户空间，调用系统调用会由用户空间（用户态）陷入到内核空间（内核态）；
3. 库函数通常是有缓存的，而系统调用是无缓存的，所以在性能、效率上，库函数通常要优于系统调用；
4. 可移植性：库函数比系统调用具有更好的可移植性。通常对于不同的操作系统，其内核向应用层提供的系统调用往往都是不同，譬如系统调用的定义、功能、参数列表、返回值等往往都是不一样的。

文件IO（系统IO）：

文件描述符：

概念：文件描述符是文件句柄、一个非负整数 int类型，与对应的文件相绑定。

如何分配：每次分配一个没有被使用的最小非负整数作为文件描述符。如3、4等等。（其中0、1、2分别被标准输入、标准输出和标准错误占用了 ）

open、write、read、lseek、close：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

打开文件或新建并打开
int open(const char *pathname, int flags);  
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);//创建文件时才传入mode-权限。
//返回值：打开失败 -1
//O_TRUNC标志：丢弃文件中的内容，文件大小变为0
//O_APPEND标志:保证每次调用 write()时都是从文件末尾开始写入。对read操作不会有影响。


把buf写入到文件描述符：
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
//返回值：成功：返回写入的字节数      失败：-1

读取到buf：
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

关闭文件：
int close(int fd);  //成功：0     失败：-1

调整读写位置偏移:
int lseek

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