嵌入式軟件開發(fā)常用的套路與技巧
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01. 調(diào)試相關(guān)的宏
在Linux使用gcc編譯程序的時候，對于調(diào)試的語句還具有一些特殊的語法。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202312/453840.htmgcc編譯的過程中，會生成一些宏，可以使用這些宏分別打印當(dāng)前源文件的信息，主要內(nèi)容是當(dāng)前的文件、當(dāng)前運(yùn)行的函數(shù)和當(dāng)前的程序行。
具體宏如下:
__FILE__ 當(dāng)前程序源文件 (char*)
__FUNCTION__ 當(dāng)前運(yùn)行的函數(shù) (char*)
__LINE__ 當(dāng)前的函數(shù)行 (int)這些宏不是程序代碼定義的，而是有編譯器產(chǎn)生的。這些信息都是在編譯器處理文件的時候動態(tài)產(chǎn)生的。
「測試示例：」
#include
int main(void){
printf("file: %sn", __FILE__);
printf("function: %sn", __FUNCTION__);
printf("line: %dn", __LINE__);
return 0;
}02. # 字符串化操作符
在gcc的編譯系統(tǒng)中，可以使用#將當(dāng)前的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成字符串。
「程序示例：」
#include
#define DPRINT(expr) printf("%s = %dn", #expr, expr);
int main(void){
int x = 3;
int y = 5;
DPRINT(x / y);
DPRINT(x + y);
DPRINT(x * y);
return 0;
}
「執(zhí)行結(jié)果：」
deng@itcast:~/tmp$ gcc test.c
deng@itcast:~/tmp$ ./a.outx / y = 0x + y = 8x * y = 15
#expr表示根據(jù)宏中的參數(shù)(即表達(dá)式的內(nèi)容)，生成一個字符串。該過程同樣是有編譯器產(chǎn)生的，編譯器在編譯源文件的時候，如果遇到了類似的宏，會自動根據(jù)程序中表達(dá)式的內(nèi)容，生成一個字符串的宏。
這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以用統(tǒng)一的方法打印表達(dá)式的內(nèi)容，在程序的調(diào)試過程中可以方便直觀的看到轉(zhuǎn)換字符串之后的表達(dá)式。
具體的表達(dá)式的內(nèi)容是什么，有編譯器自動寫入程序中，這樣使用相同的宏打印所有表達(dá)式的字符串。
//打印字符
#define debugc(expr) printf(" %s = %cn", #expr, expr)
//打印浮點(diǎn)數(shù)
#define debugf(expr) printf(" %s = %fn", #expr, expr)
//按照16進(jìn)制打印整數(shù)
#define debugx(expr) printf(" %s = 0X%xn", #expr, expr);由于#expr本質(zhì)上市一個表示字符串的宏，因此在程序中也可以不適用%s打印它的內(nèi)容，而是可以將其直接與其它的字符串連接。
因此，上述宏可以等價以下形式:
//打印字符
#define debugc(expr) printf(" #expr = %cn", expr)
//打印浮點(diǎn)數(shù)
#define debugf(expr) printf(" #expr = %fn", expr)
//按照16進(jìn)制打印整數(shù)
#define debugx(expr) printf(" #expr = 0X%xn", expr);「總結(jié)：」
#是C語言預(yù)處理階段的字符串化操作符，可將宏中的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成字符串。
03. ## 連接操作符
在gcc的編譯系統(tǒng)中，##是C語言中的連接操作符，可以在編譯的預(yù)處理階段實(shí)現(xiàn)字符串連接的操作。
「程序示例：」
#include
#define test(x) test##x
void test1(int a){
printf("test1 a = %dn", a);
}
void test2(char *s){
printf("test2 s = %sn", s);
}
int main(void){
test(1)(100);
test(2)("hello world");
return 0;
}上述程序中，test(x)宏被定義為test##x, 他表示test字符串和x字符串的連接。
在程序的調(diào)試語句中，##常用的方式如下
#define DEBUG(fmt, args...) printf(fmt, ##args)
替換的方式是將參數(shù)的兩個部分以##連接。##表示連接變量代表前面的參數(shù)列表。使用這種形式可以將宏的參數(shù)傳遞給一個參數(shù)。args…是宏的參數(shù)，表示可變的參數(shù)列表，使用##args將其傳給printf函數(shù).
「總結(jié)：」
##是C語言預(yù)處理階段的連接操作符，可實(shí)現(xiàn)宏參數(shù)的連接。
04. 調(diào)試宏第一種形式
一種定義的方式:
#define DEBUG(fmt, args...)
{
printf("file:%s function: %s line: %d ", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
printf(fmt, ##args);
}「程序示例：」
#include
#define DEBUG(fmt, args...)
{
printf("file:%s function: %s line: %d ", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
printf(fmt, ##args);
}
int main(void){
int a = 100;
int b = 200;
char *s = "hello world";
DEBUG("a = %d b = %dn", a, b);
DEBUG("a = %x b = %xn", a, b);
DEBUG("s = %sn", s);
return 0;
}「總結(jié)：」
上面的DEBUG定義的方式是兩條語句的組合，不可能在產(chǎn)生返回值，因此不能使用它的返回值。
05. 調(diào)試宏的第二種定義方式
調(diào)試宏的第二種定義方式
#define DEBUG(fmt, args...)
printf("file:%s function: %s line: %d "fmt,
__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, ##args)程序示例
#include
#define DEBUG(fmt, args...)
printf("file:%s function: %s line: %d "fmt,
__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, ##args)
int main(void){
int a = 100;
int b = 200;
char *s = "hello world";
DEBUG("a = %d b = %dn", a, b);
DEBUG("a = %x b = %xn", a, b);
DEBUG("s = %sn", s);
return 0;
}「總結(jié)：」
fmt必須是一個字符串，不能使用指針，只有這樣才可以實(shí)現(xiàn)字符串的功能。
06. 對調(diào)試語句進(jìn)行分級審查
即使定義了調(diào)試的宏，在工程足夠大的情況下，也會導(dǎo)致在打開宏開關(guān)的時候在終端出現(xiàn)大量的信息。而無法區(qū)分哪些是有用的。
這個時候就要加入分級檢查機(jī)制，可以定義不同的調(diào)試級別，這樣就可以對不同重要程序和不同的模塊進(jìn)行區(qū)分，需要調(diào)試哪一個模塊就可以打開那一個模塊的調(diào)試級別。
一般可以利用配置文件的方式顯示，其實(shí)Linux內(nèi)核也是這么做的，它把調(diào)試的等級分成了7個不同重要程度的級別，只有設(shè)定某個級別可以顯示，對應(yīng)的調(diào)試信息才會打印到終端上。
可以寫出一下配置文件
[debug]
debug_level=XXX_MODULE解析配置文件使用標(biāo)準(zhǔn)的字符串操作庫函數(shù)就可以獲取XXX_MODULE這個數(shù)值。
int show_debug(int level){
if (level == XXX_MODULE)
{
#define DEBUG(fmt, args...)
printf("file:%s function: %s line: %d "fmt,
__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, ##args)
}
else if (...)
{
....
}
}07. 條件編譯調(diào)試語句
在實(shí)際的開發(fā)中，一般會維護(hù)兩種源程序，一種是帶有調(diào)試語句的調(diào)試版本程序，另外一種是不帶有調(diào)試語句的發(fā)布版本程序。
然后根據(jù)不同的條件編譯選項(xiàng)，編譯出不同的調(diào)試版本和發(fā)布版本的程序。
在實(shí)現(xiàn)過程中，可以使用一個調(diào)試宏來控制調(diào)試語句的開關(guān)。
#ifdef USE_DEBUG
#define DEBUG(fmt, args...)
printf("file:%s function: %s line: %d "fmt,
__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, ##args)
#else
#define DEBUG(fmt, args...)
#endif如果USE_DEBUG被定義，那么有調(diào)試信息，否則DEBUG就為空。
如果需要調(diào)試信息，就只需要在程序中更改一行就可以了。
#define USE_DEBUG
#undef USE_DEBUG定義條件編譯的方式使用一個帶有值的宏
#if USE_DEBUG
#define DEBUG(fmt, args...)
printf("file:%s function: %s line: %d "fmt,
__FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, ##args)
#else
#define DEBUG(fmt, args...)
#endif可以使用如下方式進(jìn)行條件編譯
#ifndef USE_DEBUG
#define USE_DEBUG 0
#endif08. 使用do…while的宏定義
使用宏定義可以將一些較為短小的功能封裝，方便使用。宏的形式和函數(shù)類似，但是可以節(jié)省函數(shù)跳轉(zhuǎn)的開銷。
如何將一個語句封裝成一個宏，在程序中常常使用do…while(0)的形式。
#define HELLO(str) do {
printf("hello: %sn", str);
}while(0)「程序示例：」
int cond = 1;
if (cond)
HELLO("true");
else
HELLO("false");09. 代碼剖析
對于比較大的程序，可以借助一些工具來首先把需要優(yōu)化的點(diǎn)清理出來。接下來我們來看看在程序執(zhí)行過程中獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析的工具：代碼剖析程序。
「測試程序：」
#include
#define T 100000
void call_one(){
int count = T * 1000;
while(count--);
}
void call_two(){
int count = T * 50;
while(count--);
}
void call_three(){
int count = T * 20;
while(count--);
}
int main(void){
int time = 10;
while(time--)
{
call_one();
call_two();
call_three();
}
return 0;
}編譯的時候加入-pg選項(xiàng)：
deng@itcast:~/tmp$ gcc -pg test.c -o test
執(zhí)行完成后，在當(dāng)前文件中生成了一個gmon.out文件。
deng@itcast:~/tmp$ ./test
deng@itcast:~/tmp$ ls
gmon.out test test.c
deng@itcast:~/tmp$ 「使用gprof剖析主程序：」
deng@itcast:~/tmp$ gprof test
Flat profile:
Each sample counts as 0.01 seconds.
% cumulative self self total
time seconds seconds calls ms/call ms/call name
95.64 1.61 1.61 10 160.68 160.68 call_one
3.63 1.67 0.06 10 6.10 6.10 call_two
2.42 1.71 0.04 10 4.07 4.07 call_three其中主要的信息有兩個，一個是每個函數(shù)執(zhí)行的時間占程序總時間的百分比，另外一個就是函數(shù)被調(diào)用的次數(shù)。通過這些信息，可以優(yōu)化核心程序的實(shí)現(xiàn)方式來提高效率。
當(dāng)然這個剖析程序由于它自身特性有一些限制，比較適用于運(yùn)行時間比較長的程序，因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)的時間是基于間隔計(jì)數(shù)這種機(jī)制，所以還需要考慮函數(shù)執(zhí)行的相對時間，如果程序執(zhí)行時間過短，那得到的信息是沒有任何參考意義的。
「將上訴程序時間縮短：」
#include
#define T 100
void call_one(){
int count = T * 1000;
while(count--);
}
void call_two(){
int count = T * 50;
while(count--);
}
void call_three(){
int count = T * 20;
while(count--);
}
int main(void){
int time = 10;
while(time--)
{
call_one();
call_two();
call_three();
}
return 0;
}「剖析結(jié)果如下：」
deng@itcast:~/tmp$ gcc -pg test.c -o test
deng@itcast:~/tmp$ ./test
deng@itcast:~/tmp$ gprof test
Flat profile:
Each sample counts as 0.01 seconds.
no time accumulated
% cumulative self self total
time seconds seconds calls Ts/call Ts/call name
0.00 0.00 0.00 10 0.00 0.00 call_one
0.00 0.00 0.00 10 0.00 0.00 call_three
0.00 0.00 0.00 10 0.00 0.00 call_two因此該剖析程序?qū)τ谠綇?fù)雜、執(zhí)行時間越長的函數(shù)也適用。
那么是不是每個函數(shù)執(zhí)行的絕對時間越長，剖析顯示的時間就真的越長呢？可以再看如下的例子
#include
#define T 100
void call_one(){
int count = T * 1000;
while(count--);
}
void call_two(){
int count = T * 100000;
while(count--);
}
void call_three(){
int count = T * 20;
while(count--);
}
int main(void){
int time = 10;
while(time--)
{
call_one();
call_two();
call_three();
}
return 0;
}「剖析結(jié)果如下：」
deng@itcast:~/tmp$ gcc -pg test.c -o test
deng@itcast:~/tmp$ ./test
deng@itcast:~/tmp$ gprof test
Flat profile:
Each sample counts as 0.01 seconds.
% cumulative self self total
time seconds seconds calls ms/call ms/call name
101.69 0.15 0.15 10 15.25 15.25 call_two
0.00 0.15 0.00 10 0.00 0.00 call_one
0.00 0.15 0.00 10 0.00 0.00 call_three「總結(jié)：」
在使用gprof工具的時候，對于一個函數(shù)進(jìn)行g(shù)prof方式的剖析，實(shí)質(zhì)上的時間是指除去庫函數(shù)調(diào)用和系統(tǒng)調(diào)用之外，純碎應(yīng)用部分開發(fā)的實(shí)際代碼運(yùn)行的時間，也就是說time一項(xiàng)描述的時間值不包括庫函數(shù)printf、系統(tǒng)調(diào)用system等運(yùn)行的時間。
這些實(shí)用庫函數(shù)的程序雖然運(yùn)行的時候?qū)⒈茸畛醯某绦驅(qū)嵱酶嗟臅r間，但是對于剖析函數(shù)來說并沒有影響。
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