經典回放：11道嵌入式C語言面試題剖析
來自專欄 嵌入式Linux那些事兒
有學員建議我們多發一些面試題為他們面試添磚加瓦，諾，這篇就是。
轉載於CU技術社區，原文標題：經典回顧：16道嵌入式C語言面試題可以看出我裁剪了不少，而且嚴格的來說原文寫的不夠流暢，有些句子不通順。不過還是應該感謝作者But_Bueatiful。
預處理器（Preprocessor）
1 . 用預處理指令#define 聲明一個常數，用以表明1年中有多少秒（忽略閏年問題）
答: #define SECONDS_PER_YEAR (60 * 60 * 24 * 365)UL
我在這想看到幾件事情：
1)
#define 語法的基本知識（例如：不能以分號結束，括弧的使用，等等）2) 懂得預處理器將為你計算常數表達式的值，因此，直接寫出你是如何計算一年中有多少秒而不是計算出實際的值，是更清晰而沒有代價的。3) 意識到這個表達式將使一個16位機的整型數溢出, 因此要用到長整型符號L, 告訴編譯器這個常數是長整型數。4) 如果你在表達式中用到UL（表示無符號長整型），那麼可能這就給面試者留下了很好的第一印象。記住第一印象很重要。2 . 寫一個"標準"宏MIN ，這個宏輸入兩個參數並返回較小的一個。答: #define MIN(A,B) （（A） <= (B) ? (A) : (B))
這個測試是為下面的目的而設的：
1) 標識#define在宏中應用的基本知識。這是很重要的。因為在 嵌入(inline)操作符 變為標準C的一部分之前，宏是方便產生嵌入代碼的唯一方法，對於嵌入式系統來說，為了能達到要求的性能，嵌入代碼經常是必須的方法。
2) 懂得在宏中小心地把參數用括弧括起來3) 我也用這個問題開始討論宏的副作用，例如：當你寫下面的代碼時會發生什麼事？least = MIN(*p++, b);死循環（Infinite loops）
3. 嵌入式系統中經常要用到無限循環，你怎麼樣用C編寫死循環呢？答: 這個問題用幾個解決方案。我首選的方案是：while(1){第三個方案是用 goto
Loop:...goto Loop;應試者如給出上面的方案，這說明他可能是一個彙編語言程序員（這也許是好事）或者他是一個想進入新領域的BASIC/FORTRAN程序員。數據聲明（Data declarations）
4. 用變數a給出下面的定義a) 一個整型數（An integer）b) 一個指向整型數的指針（ A pointer to an integer）c) 一個指向指針的指針，它指向的指針是指向一個整型數（ A pointer to a pointer to an intege）
d) 一個有10個整型數的數組（ An array of 10 integers）e) 一個有10個指針的數組，該指針是指向一個整型數的。（An array of 10 pointers to integers）f) 一個指向有10個整型數數組的指針（ A pointer to an array of 10 integers）
g) 一個指向函數的指針，該函數有一個整型參數並返回一個整型數（A pointer to a function that takes an integer as an argument and returns an integer）
h) 一個有10個指針的數組，該指針指向一個函數，該函數有一個整型參數並返回一個整型數（ An array of ten pointers to functions that take an integer argument and return an integer ）
答案：a) int a; // An integer
b) int *a; // A pointer to an integerc) int **a; // A pointer to a pointer to an integerd) int a[10]; // An array of 10 integerse) int *a[10]; // An array of 10 pointers to integersf) int (*a)[10]; // A pointer to an array of 10 integersg) int (*a)(int); // A pointer to a function a that takes an integer argument and returns an integerh) int (*a[10])(int); // An array of 10 pointers to functions that take an integer argument and return an integer
人們經常聲稱這裡有幾個問題是那種要翻一下書才能回答的問題，我同意這種說法。當我寫這篇文章時，為了確定語法的正確性，的確查了一下書。但是當我被面試的時候，我期望被問到這個問題（或者相近的問題）。因為在被面試的這段時間裡，我確定我知道這個問題的答案。應試者如果不知道所有的答案（或至少大部分答案），那麼也就沒有為這次面試做準備，如果該面試者沒有為這次面試做準備，那麼他又能為什麼做準備呢？
static
5. 關鍵字static的作用是什麼？
答：這個簡單的問題很少有人能回答完整。在C語言中，關鍵字static有三個明顯的作用：1) 在函數體，一個被聲明為靜態的變數在這一函數被調用過程中維持其值不變。2) 在模塊內（但在函數體外），一個被聲明為靜態的變數可以被模塊內所用函數訪問，但不能被模塊外其它函數訪問。它是一個本地的全局變數。3) 在模塊內，一個被聲明為靜態的函數只可被這一模塊內的其它函數調用。那就是，這個函數被限制在聲明它的模塊的本地範圍內使用。大多數應試者能正確回答第一部分，一部分能正確回答第二部分，很少的人能懂得第三部分。這是一個應試者的嚴重不足，因為他顯然不懂得本地化數據和代碼範圍的好處和重要性。const
6．關鍵字const有什麼含意？
我只要一聽到被面試者說："const意味著常數"，就知道我正在和一個業餘者打交道。去年Dan Saks已經在他的文章里完全概括了const的所有用法，因此ESP(譯者：Embedded Systems Programming)的每一位讀者應該非常熟悉const能做什麼和不能做什麼，如果你沒有讀過那篇文章，只要能說出const意味著"只讀"就可以了。儘管這個答案不是完全正確，但我可以接受。（如果你想知道更詳細的答案，仔細讀一下Saks的文章吧。）如果應試者能正確回答這個問題，我將問他一個附加的問題：下面的聲明都是什麼意思？const int a;int const a;const int *a;int * const a;int const * a const;前兩個的作用一樣，a是一個常整型數。第三個意味著a是一個指向常整型數的指針（也就是，整型數是不可修改的，但指針可以）。第四個意思a是一個指向整型數的常指針（也就是說，指針指向的整型數是可以修改的，但指針是不可修改的）。最後一個意味著a是一個指向常整型數的常指針（也就是說，指針指向的整型數是不可修改的，同時指針也是不可修改的）。如果應試者能正確回答出這些問題，那麼他就給我留下了一個好印象。順帶提一句，也許你可能會問，即使不用關鍵字 const，還是能很容易寫出功能正確的程序，那麼我為什麼還要如此看重關鍵字const呢？
我有如下的幾點理由：
1) 關鍵字const的作用是為給讀你代碼的人傳達非常有用的信息，實際上，聲明一個參數為常量是為了告訴用戶這個參數的應用目的。如果你曾花很多時間清理其它人留下的垃圾， 你就會感謝這點多餘的信息。（當然，懂得用const的程序員很少會留下讓別人清理的垃圾代碼）2) 通過給優化器一些附加的信息，使用關鍵字const也許能產生更緊湊的代碼。3) 合理地使用關鍵字const可以使編譯器很自然地保護那些不希望被改變的參數，防止其被無意的代碼修改。簡而言之，這樣可以減少bug的出現。Volatile
7. 關鍵字volatile有什麼含義? 並給出三個不同的例子。答：一個定義為volatile的變數是說這變數可能會被意想不到地改變，這樣，編譯器就不會去假設這個變數的值了。精確地說就是，優化器在用到這個變數時必須每次都小心地重新讀取這個變數的值，而不是使用保存在寄存器里的備份。下面是volatile變數的幾個例子：1) 並行設備的硬體寄存器（如：狀態寄存器）2) 一個中斷服務子程序中會訪問到的非自動變數(Non-automatic variables)3) 多線程應用中被幾個任務共享的變數回答不出這個問題的人是不會被僱傭的。我認為這是區分C程序員和嵌入式系統程序員的最基本的問題。搞嵌入式的傢伙們經常同硬體、中斷、RTOS等等打交道，所有這些都要求用到volatile變數。不懂得volatile的內容將會帶來災難。假設被面試者正確地回答了這個問題（嗯，懷疑是否會這樣），我將稍微深究一下，看一下他是不是直正懂得volatile的重要性。1) 一個參數既可以是const還可以是volatile嗎？解釋為什麼。2) 一個指針可以是volatile 嗎？解釋為什麼。3) 下面的函數有什麼錯誤：int square(volatile int *ptr){ return *ptr * *ptr;}下面是答案：1)是的。一個例子是只讀的狀態寄存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程序不應該試圖去修改它。2)是的。儘管這並不很常見。一個例子是當一個中服務子程序修該一個指向一個buffer的指針時。3)這段代碼有點變態。這段代碼的目的是用來返指針*ptr指向值的平方，但是，由於*ptr指向一個volatile型參數，編譯器將產生類似下面的代碼：int square(volatile int *ptr){ int a,b; a = *ptr; b = *ptr; return a * b;}由於*ptr的值可能被意想不到地該變，因此a和b的值可能不同。結果，這段代碼可能返回的不是你所期望的平方值。正確的代碼如下：long square(volatile int *ptr){ int a; a = *ptr; return a * a;}位操作（Bit manipulation）8. 嵌入式系統總是要用戶對變數或寄存器進行位操作。給定一個整型變數a，寫兩段代碼，第一個設置a的bit 3，第二個清除a 的bit 3。在以上兩個操作中，要保持其它位不變。對這個問題有三種基本的反應：1) 不知道如何下手。說明該面試者從沒做過任何嵌入式系統方面的工作。2) 用bit fields。Bit fields是被扔到C語言死角的東西，它保證你的代碼在不同編譯器之間是不可移植的，同時也保證了的你的代碼是不可重用的。我最近不幸看到 Infineon為其較複雜的通信晶元寫的驅動程序，他用到了bit fields，因此完全對我無用，因為我的編譯器是用其它的方式來實現bit fields的。從道德上講：永遠不要讓一個非嵌入式的傢伙粘實際硬體的邊。3) 用 #defines 和 bit masks 操作。這是一個有極高可移植性的方法，是應該被用到的方法。最佳的解決方案如下：#define BIT3 (0x1 << 3)static int a;void set_bit3(void){ a |= BIT3;}void clear_bit3(void){ a &= ~BIT3;}一些人喜歡為設置和清除值而定義一個掩碼同時定義一些說明常數，這也是可以接受的。我希望看到幾個要點：說明常數、|=和&=~操作。訪問固定的內存位置（Accessing fixed memory locations）9. 嵌入式系統經常具有要求程序員去訪問某特定的內存位置的特點。在某工程中，要求設置一絕對地址為0x67a9的整型變數的值為0xaa66。編譯器是一個純粹的ANSI編譯器。寫代碼去完成這一任務。
答：這一問題測試你是否知道為了訪問一絕對地址把一個整型數強制轉換（typecast）為一指針是合法的。這一問題的實現方式隨著個人風格不同而不同。典型的類似代碼如下：
int *ptr;ptr = (int *)0x67a9;*ptr = 0xaa55;一個較晦澀的方法是： *(int * const)(0x67a9) = 0xaa55;即使你的品味更接近第二種方案，但我建議你在面試時使用第一種方案。中斷（Interrupts）10. 中斷是嵌入式系統中重要的組成部分，這導致了很多編譯開發商提供一種擴展—讓標準C支持中斷。具代表事實是，產生了一個新的關鍵字 __interrupt。下面的代碼就使用了__interrupt關鍵字去定義了一個中斷服務子程序(ISR)，請評論一下這段代碼。__interrupt double compute_area (double radius){ double area = PI * radius * radius; printf("Area = %f", area); return area;}答：這個函數有太多的錯誤，以至讓人不知從何說起：1) ISR 不能返回一個值。如果你不懂這個，那麼你不會被僱用。2) ISR 不能傳遞參數。如果你沒有看到這一點，你被僱用的機會等同第一項。3) 在許多的處理器/編譯器中，浮點一般都是不可重入的。有些處理器/編譯器需要讓額處的寄存器入棧，有些處理器/編譯器就是不允許在ISR中做浮點運算。此外，ISR應該是短而有效率的，在ISR中做浮點運算是不明智的。4) 與第三點一脈相承，printf()經常有重入和性能上的問題。如果你丟掉了第三和第四點，我不會太為難你。不過，如果你能回答後兩點，那麼你的被僱用前景越來越光明。
代碼例子（Code examples）
11 . 下面的代碼輸出是什麼，為什麼？void foo(void){ unsigned int a = 6; int b = -20; (a+b > 6) ? puts("> 6") : puts("<= 6");}答：這個問題測試你是否懂得C語言中的整數自動轉換原則，我發現有些開發者對這些東西懂得極少，不管如何，這無符號整型問題的答案是輸出是 ">6"。原因是當表達式中存在有符號類型和無符號類型時所有的操作數都自動轉換為無符號類型。因此-20變成了一個非常大的正整數，所以該表達式計算出的結果大於6。 這一點對於應當頻繁用到無符號數據類型的嵌入式系統來說是豐常重要的。如果你答錯了這個問題，也就得不到這份工作。推薦閱讀：