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【宝藏系列】STM32之C语言基础知识

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C语言是单片机开发中的必备基础知识，本文列举了部分 STM32 学习中比较常见的一些C语言基础知识

1️⃣位操作

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下面我们先讲解几种位操作符，然后讲解位操作使用技巧。C语言支持以下六种位操作：

下面，重点讲解一下位操作在单片机开发中的一些实用技巧。

在不改变其他位的值的状况下，对某几个位进行设值
这个场景在单片机开发中经常使用，方法就是我们先对需要设置的位用&操作符进行清零操作，然后用 | 操作符设值。
比如，我要改变 GPIOA 的状态,可以先对寄存器的值进行&清零操作：

GPIOA->CRL &= 0xFFFFFF0F; /* 将第 4~7 位清零 */

然后再与需要设置的值进行 | 或运算：

GPIOA->CRL |= 0x00000040; /* 设置相应位的值（4），不改变其他位的值 */

移位操作提高代码的可读性
移位操作在单片机开发中非常重要，下面是 delay_init 函数的一行代码：

SysTick->CTRL |= 1 << 1;

这个操作就是将 CTRL 寄存器的第 1 位（从 0 开始算起）设置为 1，为什么要通过左移而不是直接设置一个固定的值呢？
其实这是为了提高代码的可读性以及可重用性。这行代码可以很直观明了的知道，是将第1位设置为1。如果写成：

SysTick->CTRL |= 0X0002;

这个虽然也能实现同样的效果，但是可读性稍差，而且修改也比较麻烦。

~ 按位取反操作使用技巧
按位取反在设置寄存器的时候经常被使用，常用于清除某一个/某几个位。下面是 delay_us 函数的一行代码：

SysTick->CTRL &= ~(1 << 0) ;    /* 关闭SYSTICK */

该代码可以解读为：仅设置 CTRL 寄存器的第 0 位（最低位）为 0，其他位的值保持不变。
同样我们也不使用按位取反，将代码写成：

SysTick->CTRL &= 0XFFFFFFFE;        /* 关闭SYSTICK */

可见，前者的可读性及可维护性都要比后者好很多。

^ 按位异或操作使用技巧
该功能非常适合用于控制某个位翻转，常见的应用场景就是控制 LED 闪烁，如下：

GPIOB->ODR ^= 1 << 5;

执行一次该代码，就会使PB5的输出状态翻转一次，如果我们的 LED 接在 PB5 上，就可以看到 LED 闪烁了。

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2️⃣define宏定义

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define 是 C 语言中的预处理命令，它用于宏定义（定义的是常量），可以提高源代码的可读性，为编程提供方便。常见的格式：

#define    标识符    字符串

“标识符”为所定义的宏名。“字符串”可以是常数、表达式、格式串等。例如：

#define  HSE_VALUE   8000000U

定义标识符 HSE_VALUE 的值为 8000000，数字后的 U 表示 unsigned 的意思。至于 define 宏定义的其他一些知识，比如宏定义带参数，这里就不多讲解了。

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3️⃣ifdef条件编译

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单片机程序开发过程中，经常会遇到一种情况，当满足某条件时对一组语句进行编译，而当条件不满足时则编译另一组语句。
条件编译命令最常见的形式为：

#ifdef  标识符程序段1#else程序段2#endif

它的作用是：当标识符已经被定义过(一般是用 #define 命令定义)，则对程序段1进行编译，否则编译程序段2。
其中 #else 部分也可以没有，即：

#ifdef    程序段1#endif

条件编译在 HAL 库里面是用得很多，在 stm32mp1xx_hal_conf.h 这个头文件中经常会看到这样的语句：

#if !defined  (HSE_VALUE)      #define HSE_VALUE       24000000U    #endif

如果没有定义 HSE_VALUE 这个宏，则定义 HSE_VALUE 宏，并且 HSE_VALUE的值为 24000000U。条件编译也是 C 语言的基础知识吧。
这里提一下，24000000U 中的 U 表示无符号整型，常见的，UL 表示无符号长整型，F 表示浮点型。
这里加了 U 以后，系统编译时就不进行类型检查，直接以 U 的形式把值赋给某个对应的内存，如果超出定义变量的范围，则截取。

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4️⃣extern变量声明

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C语言中 extern 可以置于变量或者函数前，以表示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义。
这里面要注意，对于 extern 申明变量可以多次，但定义只有一次。在我们的代码中你会看到看到这样的语句：

extern uint16_t g_usart_rx_sta;

这个语句是声明 g_usart_rx_sta 变量在其他文件中已经定义了，在这里要使用到。
所以，你肯定可以找到在某个地方有变量定义的语句：

uint16_t g_usart_rx_sta;

extern 的使用比较简单，但是也会经常用到，需要掌握。

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5️⃣typedef类型别名

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typedef 用于为现有类型创建一个新的名字，或称为类型别名，用来简化变量的定义。typedef 在 HAL 库用得最多的就是定义结构体的类型别名和枚举类型了。

struct _GPIO    
{
__IO uint32_t CRL;        
__IO uint32_t CRH;…
};

定义了一个结构体 GPIO，这样我们定义结构体变量的方式为：

struct  _GPIO  gpiox;       /* 定义结构体变量gpiox */

但这样很繁琐，HAL 库中有很多这样的结构体变量需要定义。
这里我们可以为结构体定义一个别名 GPIO_TypeDef，这样我们就可以在其他地方通过别名 GPIO_TypeDef 来定义结构体变量了，方法如下：

typedef struct
{
__IO uint32_t CRL;__IO uint32_t CRH;…    
} GPIO_TypeDef;

Typedef 为结构体定义一个别名 GPIO_TypeDef，这样我们可以通过 GPIO_TypeDef 来定义结构体变量：

GPIO_TypeDef gpiox;

这里的 GPIO_TypeDef 就跟 struct _GPIO 是等同的作用了，但是 GPIO_TypeDef 使用起来方便很多。