嵌入式軟件多采用C語(yǔ)言編寫。文章提出了一種C語(yǔ)言模塊化編程的實(shí)現(xiàn)方法，并詳細(xì)描述該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。使用這種模塊化編程的方法，可以用C語(yǔ)言編寫出帶有C++語(yǔ)言部分面向?qū)ο筇卣鞯能浖K。采用這種方法編寫的代碼具有很高的重復(fù)利用率，而且更利于修改和維護(hù)。

　　一、嵌入式軟件編程語(yǔ)言

　　嵌入式軟件通常采用匯編、C語(yǔ)言、C++語(yǔ)言進(jìn)行編寫。從三種語(yǔ)言執(zhí)行效率上進(jìn)行比較則匯編最高、C語(yǔ)言次之、C++語(yǔ)言最慢，從三種語(yǔ)言模塊化編程的難易程度上進(jìn)行比較則C++語(yǔ)言最好、C語(yǔ)言次之、匯編最差，在大多數(shù)情況下，嵌入式軟件多采用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫，原因如下：

　　1.C語(yǔ)言是面向過(guò)程的高級(jí)語(yǔ)言，代碼移植性和可讀性遠(yuǎn)高于匯編；2.大多數(shù)嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境都提供匯編和C語(yǔ)言編譯器，而C++語(yǔ)言編譯器有可能不提供；3.三種語(yǔ)言相比C語(yǔ)言學(xué)習(xí)起來(lái)較容易。

　　由于嵌入式軟件多采用C語(yǔ)言編寫，因此本文著重講述如何用C語(yǔ)言進(jìn)行模塊化編程。

　　二、軟件模塊化設(shè)計(jì)概述

　　面對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的軟件開發(fā)任務(wù)，人們提出了各種軟件設(shè)計(jì)的模型。從用戶需求和系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)功能出發(fā)，把大型的軟件劃分為相對(duì)較小的模塊。模塊化設(shè)計(jì)的核心是模塊的獨(dú)立性（即高內(nèi)聚，低偶合），主要包括功能獨(dú)立性和結(jié)構(gòu)獨(dú)立性，這使得軟件開發(fā)的分工易于實(shí)現(xiàn)。

　　模塊化設(shè)計(jì)有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　1.提高代碼重復(fù)利用率；

　　2.方便修改和維護(hù)；

　　3.便于調(diào)試排錯(cuò)；

　　4.易于擴(kuò)展。

　　軟件設(shè)計(jì)的模塊化降低了設(shè)計(jì)開發(fā)的復(fù)雜度并使設(shè)計(jì)步驟清晰，也有利于提高軟件健壯性、靈活性、可復(fù)用性等。進(jìn)行模塊化軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮模塊的可分解性、可結(jié)合性、可理解性、連續(xù)性及模塊保護(hù)幾方面的要求。

　　模塊的可分解性要求把一個(gè)大的、復(fù)雜的問題分解為一些小的、簡(jiǎn)單的問題，通過(guò)解決各個(gè)小問題來(lái)解決大問題；模塊的可結(jié)合性要求不同時(shí)期、不同項(xiàng)目、不同環(huán)境下設(shè)計(jì)的模塊應(yīng)能自由地結(jié)合在一起構(gòu)成新的系統(tǒng)；模塊的可理解性要求通過(guò)某種方法設(shè)計(jì)的每個(gè)模塊不需要參考相鄰的模塊就能被人看懂；模塊的連續(xù)性要求通過(guò)某種方法設(shè)計(jì)出的模塊，在需求發(fā)生變化時(shí)只影響一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)模塊；模塊保護(hù)則要求通過(guò)某種方法設(shè)計(jì)出的模塊，在運(yùn)行期間發(fā)生的錯(cuò)誤被限制在這個(gè)模塊內(nèi)部或僅僅傳播到少數(shù)幾個(gè)摸塊。

　　模塊化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將上述要求有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。在保證正確性和健壯性的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能提高軟件的可擴(kuò)充性和可復(fù)用性。

　　三、使用C語(yǔ)言進(jìn)行模塊化代碼編寫

　　通過(guò)模塊化所實(shí)現(xiàn)的軟件是由被加工的對(duì)象及其在該對(duì)象上所實(shí)現(xiàn)的有關(guān)功能構(gòu)成。在開發(fā)軟件的過(guò)程中，一般采用兩種方法：其一是把重點(diǎn)放在功能的實(shí)現(xiàn)上，其二是把重點(diǎn)放在對(duì)象上。基于功能的軟件開發(fā)方法中，其功能實(shí)現(xiàn)中考慮的“過(guò)程”和“操作”是多變和不穩(wěn)定的，程序結(jié)構(gòu)圍繞事先確定好的功能，使得功能的擴(kuò)充、刪除及修改變得相當(dāng)困難。這樣的軟件結(jié)構(gòu)脆弱、功能集中、耦合度大，很難滿足可擴(kuò)充性、可維護(hù)性的要求，軟件的重用性也差。

　　面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)中考慮的“對(duì)象”和“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”是相對(duì)穩(wěn)定的。盡管功能是千變?nèi)f化的，但一個(gè)問題空間中的對(duì)象一般總能保持其相對(duì)穩(wěn)定不變性，這樣圍繞對(duì)象構(gòu)造的軟件系統(tǒng)也自然會(huì)有好的穩(wěn)定性。面向?qū)ο蠓椒ò褜傩院头?wù)封裝在對(duì)象中，當(dāng)外部功能發(fā)生變化時(shí)，這種封裝可以保持對(duì)象結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定，使得改動(dòng)僅局限在一個(gè)對(duì)象內(nèi)部，減小了因改動(dòng)引起的系統(tǒng)波動(dòng)效應(yīng)，因此，面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)的軟件具有易于擴(kuò)充、修改和維護(hù)的特性。另外，面向?qū)ο蠓椒ň哂械睦^承性和封裝性也支持軟件重用，并且易于擴(kuò)充，能較好地適應(yīng)復(fù)雜大系統(tǒng)不斷發(fā)展和變化的要求。

　　C++擁有面向?qū)ο蟮奶匦裕虼耸褂肅++語(yǔ)言可以方便、輕松的完成軟件模塊化設(shè)計(jì)。

　　C語(yǔ)言是面向過(guò)程的語(yǔ)言，不具備C++語(yǔ)言面向?qū)ο蟮膬?yōu)勢(shì)，模塊化編程不像C++實(shí)現(xiàn)起來(lái)那么容易，但是通過(guò)C語(yǔ)言的高級(jí)應(yīng)用還是可以實(shí)現(xiàn)的。使用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)C++語(yǔ)言面向?qū)ο筇卣鳎ㄟ^(guò)舉例對(duì)比的方式描述具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，詳細(xì)如下：

　　C++定義一個(gè)對(duì)象是通過(guò)“類”,類封裝了一個(gè)對(duì)象所用到的數(shù)據(jù)和方法，C語(yǔ)言中沒有類但是有“結(jié)構(gòu)體”,C語(yǔ)言中可以使用一個(gè)“結(jié)構(gòu)體”來(lái)定義一個(gè)對(duì)象。例如實(shí)現(xiàn)一個(gè)一階數(shù)字低通濾波器模塊：

　　傳遞函數(shù)一階低通數(shù)字濾波器，下面分別使用C++語(yǔ)言和C語(yǔ)言分別編寫該軟件模塊，通過(guò)對(duì)比，可以看到C++語(yǔ)言和C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)模塊的一些共性，從而更容易理解C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)模塊化編程的原理。

　　使用C++語(yǔ)言可以如下編寫代碼（C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)該模塊有很多中寫法，如下的代碼雖然不是C++語(yǔ)言最佳的實(shí)現(xiàn)方式，但是更類C,更容易理解）：

　　CLpf這個(gè)類定義了一個(gè)低通濾波器對(duì)象，CLpf類中包含了模塊數(shù)據(jù)：模塊輸入m_Input、模塊輸出m_Output、模塊參數(shù)m_Tc、模塊參數(shù)m_Fc、模塊變量m_K、模塊變量m_OldOutput,CLpf類中還包含了對(duì)象的方法：模塊初始化Init（）、模塊復(fù)位Reset（）、模塊主要功能實(shí)現(xiàn)Calc（），上述類的定義部分是C++語(yǔ)言模塊化編程的第一步。

　　使用C語(yǔ)言建議如下編寫：

　　C語(yǔ)言通過(guò)結(jié)構(gòu)體定義了一個(gè)新的數(shù)據(jù)類型LPF,因?yàn)檫@種帶有數(shù)據(jù)和方法的數(shù)據(jù)類型已經(jīng)擁有了一些面向?qū)ο蟮奶卣饕部梢岳斫鉃橐粋€(gè)簡(jiǎn)單對(duì)象，LPF包含了模塊輸入Input、模塊輸出Output、模塊參數(shù)Tc、模塊參數(shù)Fc、模塊變量K、模塊變量OldOutput,LPF中也同樣包含了對(duì)象的方法：模塊初始化Init（）、模塊復(fù)位Reset（）、模塊主要功能實(shí)現(xiàn)Calc（）。上述結(jié)構(gòu)體定義是C語(yǔ)言模塊化編程的第一步，只是聲明了數(shù)據(jù)和方法的接口。

　　C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)象的方法，可以如下編寫：

　　C++語(yǔ)言只要再定義了方法實(shí)現(xiàn)部分就完成了完整的類，CLpf類已經(jīng)可以方便使用，因?yàn)榭梢匀缦露xCLpf m_Lpf,并且可以方便如下調(diào)用這個(gè)對(duì)象的幾個(gè)方法m_Lpf.Init（）、m_Lpf.Reset（）、m_Lpf.Calc（）。

　　C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)對(duì)象的方法，可以如下編寫：

　　C語(yǔ)言定義的LPF數(shù)據(jù)類型，雖然可以如下定義LPF Lpf,但是不能像C++一樣按照如下方法調(diào)用對(duì)象的如下幾個(gè)方法Lpf.

　　Init（）、Lpf.Reset（）、Lpf.Calc（），雖然編譯器通常不會(huì)報(bào)錯(cuò)，但是執(zhí)行是錯(cuò)誤的，因?yàn)橛腥缦?點(diǎn)錯(cuò)誤：

　　C語(yǔ)言中的方法調(diào)用是需要傳遞對(duì)象的指針；Lpf對(duì)象實(shí)例中的幾個(gè)方法的函數(shù)指針沒有初始化，這種方法不能正常執(zhí)行。

　　因此需要在聲明對(duì)象時(shí)將LPF結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)和函數(shù)指針進(jìn)行初始化，可以按照如下方法定義LPF默認(rèn)值，這是C語(yǔ)言模塊化編程不同于C++的重要一點(diǎn)，即C語(yǔ)言模塊化編程的第三步。

　　模塊默認(rèn)值宏定義如下：

　　C語(yǔ)言中使用LPF數(shù)據(jù)類型，則應(yīng)該在聲明對(duì)象實(shí)例的同時(shí)進(jìn)行初始化，這點(diǎn)不同于C++,例如：LPF Lpf = LPF_DEFAULTS,這樣聲明的Lpf對(duì)象實(shí)例，其方法指針指向了正確的方法實(shí)現(xiàn)函數(shù)，并且數(shù)據(jù)有初值（C++語(yǔ)言可以通過(guò)構(gòu)造函數(shù)來(lái)給數(shù)據(jù)賦初值），Lpf對(duì)象調(diào)用其方法可以按照如下形式：Lpf.Init（&Lpf）、Lpf.Reset（&Lpf）、Lpf.Calc（&Lpf），通過(guò)這種方法在C語(yǔ)言中實(shí)現(xiàn)了代碼的模塊化設(shè)計(jì)。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　基于上述方法，可以實(shí)現(xiàn)C語(yǔ)言模塊化設(shè)計(jì)要求，是一種值得推廣的編碼方式。