嵌入式面试题：C 语言核心考点经典例题

引言

在嵌入式系统开发的面试中，常常会考察候选人对 C 语言基础知识的掌握程度。以下将详细分析几道常见的嵌入式面试题，包括解题步骤、涉及的知识点以及相关拓展。

题目 1

main() {
    unsigned char z=0;
    unsigned char x=100;
    unsigned char y=10;
    z = (~x)*(x|y);
    printf(" %d\n", z);
}

解题步骤

1. 计算 ~x：
   • x = 100，其 8 位二进制表示为 01100100。
   • 按位取反运算符 ~ 对 x 的每一位进行取反操作，得到 10011011。在 unsigned char 类型下，这个二进制数对应的十进制值为 155。
2. 计算 x | y：
   • x 的二进制是 01100100，y = 10，二进制为 00001010。
   • 按位或运算符 | 会对两个操作数的对应位进行逻辑或运算，即只要对应位中有一个为 1，结果位就为 1。所以 x | y 的结果是 01101110，对应的十进制值是 110。
3. 计算 155 * 110 并处理溢出：
   • 先计算 155 * 110 = 17050。
   • 由于 z 是 unsigned char 类型，它只能表示 8 位数据，取值范围是 0 到 255。当计算结果超出这个范围时，就会发生溢出。处理方法是对结果进行取模运算，即 17050 % 256 = 154。所以最终 z 的值为 154。

涉及知识点

按位运算

按位运算是对二进制位进行操作的运算，常见的按位运算符有：

• 按位取反 ~：对操作数的每一位取反，0 变为 1，1 变为 0。例如，~01100100 得到 10011011。
• 按位或 |：对两个操作数的对应位进行逻辑或运算，只要有一个位为 1，结果位就为 1。如 01100100 | 00001010 得到 01101110。
• 按位与 &：对两个操作数的对应位进行逻辑与运算，只有当两个位都为 1 时，结果位才为 1。例如，01100100 & 00001010 得到 00000000。
• 按位异或 ^：对两个操作数的对应位进行异或运算，相同为 0，不同为 1。如 01100100 ^ 00001010 得到 01101110。

数据类型转换

在 C 语言中，不同数据类型之间可能会发生转换。分为隐式转换和显式转换：

• 隐式转换：在表达式中，不同类型的数据进行运算时，编译器会自动将它们转换为相同的类型。例如，在 (~x)*(x|y) 中，~x 和 x|y 的结果都是 unsigned char 类型，它们相乘时可能会先隐式转换为 int 类型进行计算。
• 显式转换：也称为强制类型转换，通过 (类型名)表达式 的形式进行。例如，(int)3.14 会将 3.14 强制转换为 int 类型，结果为 3。

无符号字符型溢出

unsigned char 类型是无符号的 8 位整数，其取值范围是 0 到 255。当计算结果超出这个范围时，就会发生溢出。溢出的处理方式是对结果进行取模运算，模为 256。例如，256 溢出后变为 0，257 溢出后变为 1 等。

拓展

按位运算在嵌入式系统中非常有用，常用于寄存器操作、位掩码等。例如，通过按位与和按位或操作可以设置或清除寄存器的某一位。数据类型转换在处理不同精度的数据时也很常见，但要注意隐式转换可能会导致数据丢失。无符号类型溢出在一些需要循环计数的场景中可以利用，例如使用 unsigned char 作为计数器，当计数到 255 后会自动回到 0。

题目 2

int sum(int a) {
    int c=0;
    static int b=3;
    c+=1;
    b+=2;
    return(a+b+c);
}
void main() {
    int i;
    int a=2;
    for(i=0;i<5;i++) {
        printf("%d,", sum(a));
    }
}

解题步骤

1. 分析 c 和 b 的特性：
   • c 是局部变量，每次调用 sum 函数时，c 都会被重新初始化为 0，然后执行 c += 1，所以 c 的值始终为 1。
   • b 是静态变量，在函数第一次调用时被初始化为 3。静态变量的特点是在程序的整个生命周期内只初始化一次，并且会保留上一次调用结束时的值。每次调用 sum 函数时，b 都会执行 b += 2。
2. 五次调用 sum(a)：
   • 第一次调用：b = 3 + 2 = 5，c = 1，a = 2，所以 return 2 + 5 + 1 = 8。
   • 第二次调用：b = 5 + 2 = 7，c = 1，a = 2，return 2 + 7 + 1 = 10。
   • 第三次调用：b = 7 + 2 = 9，c = 1，a = 2，return 2 + 9 + 1 = 12。
   • 第四次调用：b = 9 + 2 = 11，c = 1，a = 2，return 2 + 11 + 1 = 14。
   • 第五次调用：b = 11 + 2 = 13，c = 1，a = 2，return 2 + 13 + 1 = 16。

涉及知识点

局部变量

局部变量是在函数内部定义的变量，其作用域仅限于定义它的函数内部。每次调用函数时，局部变量都会被重新创建和初始化。例如，c 就是一个局部变量，每次调用 sum 函数时，c 都会被初始化为 0。

静态变量

静态变量使用 static 关键字修饰，在函数内部定义的静态变量在程序的整个生命周期内只初始化一次，并且会保留上一次调用结束时的值。静态变量的存储位置在静态存储区，而不是栈上。例如，b 就是一个静态变量，第一次调用 sum 函数时初始化为 3，后续调用会保留上一次的值并继续进行操作。

拓展

静态变量在需要保留函数调用状态的场景中非常有用，例如实现计数器、缓存等。但要注意，过多使用静态变量可能会导致程序的可维护性和可测试性下降，因为静态变量的状态在整个程序生命周期内都存在，可能会影响其他函数的执行结果。

题目 3

char str[] = "Hello";
char *p = str;
int n = 10;
printf("%d, %d, %d,", sizeof(str), sizeof(p), sizeof(n));

解题步骤

1. 计算 sizeof(str)：
   • str 是一个字符数组，用来存储字符串 "Hello"。在 C 语言中，字符串是以 '\0' 结尾的字符序列，所以 "Hello" 实际上包含 5 个字母和 1 个结束符 '\0'，总共 6 个字符。sizeof 运算符返回的是数组占用的内存字节数，所以 sizeof(str) 的结果是 6。
2. 计算 sizeof(p)：
   • p 是一个字符指针，它指向 str 数组的首地址。在 32 位系统中，指针的大小通常是 4 字节；在 64 位系统中，指针的大小通常是 8 字节。这里假设是 32 位系统，所以 sizeof(p) 的结果是 4。
3. 计算 sizeof(n)：
   • n 是一个 int 类型的变量，在大多数系统中，int 类型通常占用 4 字节，所以 sizeof(n) 的结果是 4。

涉及知识点

sizeof 运算符

sizeof 是一个 C 语言的运算符，用于计算数据类型或变量所占用的内存字节数。它的使用方式有两种：sizeof(类型名) 或 sizeof(表达式)。例如，sizeof(int) 返回 int 类型占用的字节数，sizeof(str) 返回数组 str 占用的字节数。

数组和指针

• 数组：数组是一组相同类型的数据的集合，在内存中是连续存储的。数组名可以看作是指向数组首元素的常量指针，但它和指针还是有区别的。例如，sizeof 对数组操作时返回的是整个数组占用的内存大小，而不是指针的大小。
• 指针：指针是一个变量，它存储的是内存地址。指针的大小取决于系统的位数，32 位系统中指针通常为 4 字节，64 位系统中指针通常为 8 字节。

拓展

sizeof 运算符在动态内存分配、数组操作等方面非常有用。例如，在使用 malloc 函数分配内存时，可以使用 sizeof 来确定需要分配的内存大小。在处理不同大小的数据类型时，要注意 sizeof 的返回值可能会因系统而异。同时，要区分数组和指针的不同，避免在使用时出现混淆。

总结

通过对这几道嵌入式面试题的分析，我们可以看到嵌入式开发中对 C 语言基础知识的要求较高。掌握按位运算、数据类型转换、变量存储类型、sizeof 运算符等知识点，对于解决实际问题和应对面试都非常重要。希望大家通过学习这些内容，能够在嵌入式开发的道路上取得更好的成绩。