ANSI C

Contenido

LENGUAJE C ANSI

Ventajas

Desventajas

Los tipos de datos

MODIFICADORES ESTABLECIDOS POR LA NORMA ANSI

CUALIFICADORES ANSI

OPERADORES

DIVISIONES ENTERAS VS REALES

OPERADORES DE MANEJO DE BITS

OPERADORES LÓGICOS Y RELACIONALES

FUNCIONES

ESTRUCTURAS DE CONTROL

PUNTEROS A MEMORIA

DIRECTIVAS

ENSAMBLADOR EMPOTRADO

ESTRUCTURAS

UNIONES

MACROS

OPTIMIZACIÓN DEL CÓDIGO C

Programación orientada a objetos

¿Cómo definimos un objeto?

Recomendaciones generales de optimización en C

 

 LENGUAJE C ANSI

Ventajas:

  • Desarrollo de aplicaciones más rápido
  • Programación más cómoda, disponibilidad de funciones de manejo de módulos internos
  • Mantenimiento menos costoso

Desventajas:

  • Código menos eficiente
  • Mayor ocupación de memoria

Cosas que se requieren en un lenguaje de programación para microcontroladores:

  • Acceso directo a la memoria y al hardware, programación de periféricos
  • Llamar a rutinas en ensamblador o insertar código máquina
  • Conexión directa con las interrupciones
  • Generación de código eficiente en ocupación de memoria y velocidad de ejecución

Entonces, el objetivo de éste tema es aprender a hacer un código más eficiente y algunos trucos que servirán para tener acceso directo a funciones, memoria, periféricos y nuevos tipos de variable.

Los tipos de datos

Sus tamaños y valores, ya conocidos por típicos, son los siguientes:

Tipo Tamaño (bits) Valor mínimo decimal Valor máximo decimal
Char 8 -128 128
Unsigned char 8 0 255
Int 16 -32768 32767
Unsigned int 16 0 65535
Short long 24 -8388608 8388607
Unsigned short long 24 0 16777215
Long 32 -2147483648 2147483647
Unsigned long 32 0 4292967295

 

Y con flotantes:

Tipo Tamaño (bits) Exponente mínimo Exponente máximo
Float 32 -126 128
Double 32 -126 128

 

Una variable contiene un dato que puede modificarse, la declaración incluye:

  • Nombre: máximo 8 caracteres, iniciando con letra y que no sea palabra reservada
  • Tipo
  • Ambito: global, local o externa

 

 

MODIFICADORES ESTABLECIDOS POR LA NORMA ANSI

Se escriben delante del tipo

  1. Auto:
    - Las variables declaradas fuera de las funciones son globales
    - Las declaradas en funciones son locales. El ámbito local tiene prioridad.
    - Si no se inicializa el valor es indefinido
    - Las globales se comportan como estáticas
  2. Extern:
    - Indica que la variable declarada pertenece a otro módulo, por lo que no es necesario reservarle memoria
    - Dentro de un mismo fichero fuente sirve para acceder a una variable aunque todavía no se haya llegado a su declaración
    - Se autoinicializan a cero
  3. Register:
    - Se debe guardar en uno de los registros del procesador
    - Si no es posible, se comporta como Auto
    - Se usa para optimizar el tiempo de ejecución de algunas funciones
  4. Static:
    - Variables locales a una función que retienen su valor en llamadas sucesivas a dicha función
    - Hay que poner static delante de la declaración
    - Se inicializan a cero
    - Ahorra el número de instrucciones para acceder a las variables
  5. Typedef:
    - Asigna un nuevo nombre a un tipo de datos definido por el programador

 

CUALIFICADORES ANSI

  • Const: el contenido de la variable es fijo
  • Volatile: el contenido de la variable puede cambiar
  • RAM: la variable se situa en la memoria de datos
  • ROM: la variable está en la memoria de programa, y se puede asignar cerca o lejos

Ejemplos:

  • Variable en memoria de datos: char data;
  • Variable en código cercano: rom near char data;
  • Variable en código lejano: rom far char data;

CASTING: mecanismo usado para cambiar el tipo de expresiones y variables a = (int)b;

 

 

OPERADORES

Operador Operación aritmética
+ Suma
- Resta
* Multiplicación
/ División
% Módulo
++ Incremento
-- Decremento
= Asignación
Formas reducidas Equivalencia
a+= b a = a+b
A*=b A = a*b

 

DIVISIONES ENTERAS VS REALES

A veces puede ocurrir que una división de números enteros con resultado real se guarda en entero, esto se puede evitar añadiendo .0 a uno de los números, por ejemplo:

  • 4 / 3 = 1 porque el resultado se da en entero
  • 0 / 3 = 1.333 ya está el resultado en real
  • 4 / 3.0 = 1.333
  • 0 / 3.0 = 1.333

OPERADORES DE MANEJO DE BITS

Operador Operación con bits
& AND
| OR
^ XOR
~ NOT
>> Desplazamiento a derecha
<< Desplazamiento a izquierda

 

OPERADORES LÓGICOS Y RELACIONALES

Operador Operación lógica o relacional
== Igual
!= Distinto
> Mayor
>= Mayor o igual
< Menor
<= Menor o igual
&& And
|| Or
! Not

 

FUNCIONES

  • Asociadas a eventos: se incluye el código que se ejecuta cuando se produzca un evento, por ejemplo una interrupción
  • De propósito general: se usan cuando una parte del código se repite varias veces en el programa, haciendo una llamada a la subrutina o función

 

Se componen de tipo, nombre, paso de parámetros (opcional) y un conjunto de instrucciones

Para la devolución de una variable al programa principal, en lenguaje C no hay paso por referencia, se pasa por valor la dirección de la variable a modificar:

Int reiniciar(int *a, int b){ … }

Así, la variable que pasemos como a se modificará tras ejecutar la función pero la variable que pasemos por b se quedará igual. La llamada a la función se tendría que hacer:

Reiniciar(&x, y);

Cuando un array se pasa como argumento a una función, la última de las dimensiones no se define:

Void calcula(int v[], int m[4][]){…}

 

ESTRUCTURAS DE CONTROL

  • Repetitivas: while, do-while, for
  • Selectivas: if, if-else, switch
  • Bifurcación de control: break, continue, goto, return, exit

Una forma simple de hacer un if en una sola línea es:

Y = (a>9 ? 100:200);

Equivale a if(a>9) Y = 100; else Y = 200;

Sentencia break: interrumpe la ejecución de un bucle while, do-while o for

Sentencia continue: se utiliza en los bucles para pasar a la siguiente repetición saltándose lo que falte para el final

Sentencia goto: transfiere el control a la sentencia etiquetada por el identificador. NUNCA debe usarse en C.

PUNTEROS A MEMORIA

Es una variable que contiene la dirección a una zona de memoria donde reside un tipo de dato. Los punteros a memoria de datos ocupan 16 bits.

Char car; //Variable tipo char

Char pcar; //Puntero a una variable tipo char

Car = 0xAA;
pcar = &car; //& me da  la dirección de ‘car’

Hay una forma optimizada de acceso a los datos que es:

#define CAR(*(char *)0x701)
CAR = 0xAA;

Pero entonces el compilador no chequea posibles conflictos

Como habíamos visto antes, algunas constantes se pueden almacenar en la ROM cerca o lejos, y entonces el puntero tiene un tamaño de 16 bits para cerca y 24 bits para lejos

Se pueden hacer punteros a funciones para ejecutar una función distinta según conveniencia, declarando en primer lugar un puntero, después asignando el nombre de la función al puntero y ejecutando el puntero:

Void (*fp)(); //Declara el puntero a una función void

fp = función_A //Asigna el nombre de la función que se va a ejecutar

(*fp)(); //Ejecuta la función asignada

…

Void función_A(void){…} //La función debe estar declarada y desarrollada

Con esto, también se puede pasar una función como argumento de otra función

Char (*f)(int, int); //f es un puntero a una función que devuelve un char y recibe dos enteros como argumento

A un puntero a función como el que acabamos de declarar se le puede asignar como valor cualquier identificador de una función que tenga los mismos argumentos y resultado

DIRECTIVAS

Se escribe antes de la declaración de una variable

  • #pragma varlocate ‘banco’ ‘nombre-variable’
    Esta directiva le dice al compilador, en el momento del linkado, dónde puede encontrar la variable especificada, optimizando el cambio de banco.
    Nosotros debemos especificar en los ficheros fuentes qué variables están afectadas
  • Linker script: es un fichero que proporciona diversa información al linker
    • Define posiciones en memoria de las secciones
    • Define el tamaño y situación de la pila (stack) software
    • Indica la situación de las palabras de configuración

ENSAMBLADOR EMPOTRADO

A veces es necesario incluir algo de ensamblador en medio de un código en C o llamar a una librería en ensamblador

Cómo se llama a variables de C desde ensamblador:

  • Las variables se declaran globales en C
  • Las variables se declaran extern en ensamblador
  • Se utilizan directamente

Cómo se llama a variables de ASM desde C

  • Las variables se declaran globales en ASM
  • Las variables se declaran extern en C
  • Se utilizan directamente

Para llamar a funciones se lleva a cabo el mismo procedimiento, pero la devolución de los valores tiene que ser siguiendo la norma del C18. La función se llama como si se tratase de una en C.

ESTRUCTURAS

Es una estructura de datos donde podemos clasificar las variables como si se tratase de un vector pero pudiendo hacer llamada a una variable concreta de una estructura concreta. Pongamos por ejemplo la lista de propiedades de un objeto, vamos a ver, en el caso de una persona, qué se le puede asignar:

Struct datos

{

Int  peso, altura;

Char nombre[];

} persona;

Entonces podemos llamar a las variables como:

Persona.peso;

Persona.altura;

O asignar sus valores

Persona.nombre = “Pedro”;

Las estructuras de datos son tipos complejos y no deben ser pasados como argumentos ni devueltos por funciones, en su lugar se usan punteros a dichas estructuras.

UNIONES

Un union es igual que una estructura pero todos los campos comparten la misma memoria. Es decir, si modificas una de las variables estarás modificando un trozo del resto.

struct

MACROS

Es un identificador equivalente a una expresión, sentencia o grupo de sentencias

Por ejemplo podemos declarar en macro una función que contiene un if y devuelve el valor del parámetro con valor máximo:

#define máximo (a,b) ((a>b) ? a:b)

En palabras, si a es mayor que b, devuelve a, y si no, devuelve b

Luego se puede llamar como cualquier función: MAX = máximo(x,y);

OPTIMIZACIÓN DEL CÓDIGO C

El objetivo es usar estructuras de datos para aumentar la eficiencia en la programación, es decir, usar objetos. Un objeto es la abstracción de una entidad del mundo real, por lo que se acerca la solución a la semántica de los seres humanos, modelando como objetos las entidades que aparecen en el programa.

Programación orientada a objetos:

  • Busca sintetizar las partes bien definidas de una aplicación mediante la utilización de objetos
  • Es fácil dividir el trabajo
  • Facilidad de prueba de módulos independientes
  • Los objetos pueden ser reutilizables en diferentes sistemas y proyectos
  • Un mismo problema puede requerir definir unos objetos u otros en función del nivel de detalle que se le quiera dar.

¿Cómo definimos un objeto?

Antes hemos visto las clases:

  • Una clase es una abstracción que define propiedades (atributos) y comportamientos (métodos) para un grupo de objetos, y tiene sentido en el diseño.
  • La clase es la plantilla
  • Ejemplo: idea de coche, sabemos que tiene ruedas, un color, una potencia de motor…

Ahora el objeto:

  • Es una realización concreta de una clase
  • Es una instancia (copia) en tiempo de ejecución de una clase
  • Ejemplo: definimos que es un coche de carreras, el número ruedas, el color, motor… etc

¿Qué es un método de una clase? Son las funciones que acceden a los datos atributo de la clase, y llevan a cabo operaciones que cambian su estado. Es el conjunto de mensajes a los que un objeto puede responder. Si quiero saber o modificar el número de ruedas del coche x de la clase “coche”, debo llamar a una función método que devuelve o modifica éste número.

Recomendaciones generales de optimización en C

  • Usar lazos simples
  • Evitar llamadas a subrutinas en lazos
  • Usar subrutinas inline: el compilador inserta la función directamente donde se encuentra la llamada
  • Evitar divisiones o modularizaciones de las operaciones
  • Usar & y shift cuando sea posible
  • Usar la regla 90/10: el 10% de las líneas de código deben ocupar el 90% del tiempo de la carga de la CPU
  • Como objetivo, obtener un código que se ejecuta de forma más eficiente:
    • En tiempo de ejecución
    • En espacio de memoria utilizado
  • Algoritmo adecuado: robusto y eficiente, pensar qué está haciendo realmente el código, familiarizarse con el cuerpo del programa para usar los algoritmos más apropiados.
  • Estructura de datos apropiada: optimizar el uso del espacio interno del código de los programas y la legibilidad de los mismos
  • Reutilización de código: librerías ya optimizadas
  • Elección del tipo variable a utilizar
  • Claridad en el código: programas fáciles de leer y entender para cualquier programador
  • Eliminación de código no utilizado, que nunca se ejecuta
  • Evitar en lo posible las variables globales
  • Mantener las variables lo más locales que se pueda, y mejorar su propagación
  • Cuando se necesite acceder al valor de una variable de una función, se pasará como argumento
  • Utilizar los comentarios para dejar clara la codificación
  • Utilizar MACROs para aclarar las construcciones confusas
  • Insertar líneas en blanco en la codificación para agrupar ideas del código
  • Importante declarar variables volatile cuando:
    • La localización de memoria pueda ser modificada por algo que no sea el compilador
    • El orden de las operaciones no debe ser cambiado por el compilador

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *