嵌入式面试高频！！！C语言（二）
一、源码,反码，补码
源码（原码）
定义
- 源码是最直观的二进制表示方法，最高位为符号位（0 表示正数，1 表示负数），其余位表示数值的绝对值。
- 以 8 位二进制数为例：
- 正数
+5的源码：0000 0101（符号位 0，数值位 5 的二进制） - 负数
-5的源码：1000 0101（符号位 1，数值位 5 的二进制）
- 正数
特点
- 简单直观：直接对应数值的正负和大小，便于人类理解。
- 零的表示不唯一：
+0的源码：0000 0000-0的源码：1000 0000
- 运算局限性：正数与负数相加时，需单独处理符号位，无法直接用加法器运算（如
+5 + (-5)需手动处理符号）。
反码
定义
- 正数的反码：与源码相同。
- 负数的反码：符号位保持为 1，其余位按位取反（0 变 1，1 变 0）。
- 以 8 位二进制数为例：
- 正数
+5的反码：0000 0101（同源码） - 负数
-5的源码：1000 0101→ 反码：1111 1010（数值位取反）
- 正数
特点
- 零的表示仍不唯一：
+0的反码：0000 0000-0的反码：1111 1111
- 运算改进：负数反码可用于简化加减法运算，但仍存在零的二义性问题。
- 示例运算：
+5（0000 0101） + (-5的反码1111 1010) = 1111 1111（即-0的反码），结果需进一步处理。
补码
定义
- 正数的补码：与源码、反码相同。
- 负数的补码：符号位保持为 1，其余位先取反，再在最低位加 1（即 “反码 + 1”）。
- 以 8 位二进制数为例：
- 正数
+5的补码：0000 0101（同源码） - 负数
-5的源码：1000 0101→ 反码：1111 1010→ 补码：1111 1011
- 正数
特点
- 零的表示唯一：
+0和-0的补码均为0000 0000（例如-0的源码1000 0000→ 反码1111 1111→ 补码1111 1111 + 1 = 1 0000 0000，8 位下高位进位舍去，结果为0000 0000）。 - 高效运算：补码可将减法转换为加法，计算机只需实现加法器即可处理所有整数运算。
原理：负数的补码本质是其绝对值对2^n（n 为位数）的模，例如 8 位补码中，-5的补码等于256 - 5 = 251（即二进制1111 1011）。 - 运算示例：
+5（0000 0101） + (-5的补码1111 1011) = 1 0000 0000（8 位下进位舍去，结果为0000 0000，即 0）。
三种编码的对比
| 编码类型 | 正数表示 | 负数表示 | 零的表示 | 运算特性 |
|---|---|---|---|---|
| 源码 | 符号位 0 + 数值位 | 符号位 1 + 数值位 | +0和-0不同 |
无法直接用于加减运算 |
| 反码 | 同源码 | 符号位 1 + 数值位取反 | +0和-0不同 |
可简化运算，但仍有缺陷 |
| 补码 | 同源码 | 反码 + 1 | 唯一（0000...0） |
支持直接加减，计算机首选 |
补码的本质与意义
- 模运算思想：补码利用 “模” 的概念将负数转换为正数，例如 8 位二进制的模为
2^8 = 256，则-5 ≡ 251 (mod 256)，251 即-5的补码。 - 计算机硬件友好：补码使加减法统一为加法运算，减少硬件设计复杂度，是现代计算机存储有符号整数的标准方式。
- 范围扩展：n 位补码的表示范围为
[-2^(n-1), 2^(n-1)-1]，例如 8 位补码可表示-128到+127（其中-128的补码为1000 0000，无对应的源码和反码）。
二、计算机编程中的continue（核心场景）
1. 定义与作用
- 关键词功能：在循环结构（如
for、while）中，用于跳过当前循环的剩余代码，直接进入下一次循环迭代。 - 核心逻辑：中断 “本次循环” 的执行，但不终止整个循环流程（区别于
break）。
# 输出1-10中除5以外的数字
for i in range(1, 11):
if i == 5:
continue # 跳过i=5的情况
print(i) # 输出：1,2,3,4,6,7,8,9,102. 应用场景
- 数据过滤：跳过不符合条件的元素（如上述示例）。
- 错误处理：忽略暂时无法处理的异常情况，继续后续流程。
- 性能优化：提前跳过无效计算，减少循环开销
三、计算机编程中的break（核心场景）
1. 定义与作用
- 关键词功能：在循环（
for/while）或分支结构（如switch）中，强制终止当前结构的执行，跳出至外层代码。 - 核心逻辑：立即中断 “整个循环 / 结构”，不再执行后续迭代或分支（区别于
continue仅跳过当前迭代）。
2. 代码示例（Python）
# 找到第一个能被3整除的数并终止循环
numbers = [1, 2, 4, 5, 7, 9]
for num in numbers:
if num % 3 == 0:
print(f"找到第一个能被3整除的数：{num}")
break # 终止循环
# 输出：找到第一个能被3整除的数：93. 应用场景
- 条件满足时提前退出：如上述示例的 “快速查找” 场景。
- 异常终止：当检测到错误条件时，立即停止当前操作（如文件读取失败时中断流程）。
- 嵌套循环控制：在多层循环中，
break仅跳出当前层（如需跳出多层，需配合标志位或函数封装）。
与continue的对比（编程场景）
| 关键词 | 作用 | 对循环的影响 |
|---|---|---|
break |
终止整个循环 / 结构 | 跳出至外层代码，不再执行 |
continue |
跳过当前迭代，继续下一次 | 循环未终止，继续后续迭代 |
四、计算机编程中的return（核心场景）
结束当前循环,退出函数，用在函数体中，返回特定值。
五、计算机编程中的Volatile（核心场景）
1. 定义与底层机制
- 关键词功能：用于修饰变量，告知编译器 “该变量的值可能在程序之外被改变”，禁止对其进行优化（如缓存、重排序）。
- 核心逻辑：确保每次访问变量时，直接从内存读取最新值（而非寄存器或缓存），写入时立即同步到内存。
2. 为什么需要volatile？
- 编译器优化的 “副作用”：
编译器为提升性能，可能将频繁访问的变量缓存至寄存器（如int a = 0; while(a==0) { ... }中，若a未被标记volatile，编译器可能假设a值不变，直接优化为死循环）。 - 多线程 / 硬件交互场景：
变量可能被外部设备（如 IO 端口）或其他线程修改，需强制每次访问时获取最新值。
volatile int flag = 0; // 标记为易变变量
// 线程1: 等待flag被修改
while (flag == 0) {
// 若flag未被标记volatile，编译器可能优化为死循环
}
printf("Flag changed!");
// 线程2: 其他线程修改flag
flag = 1;二、硬件与系统编程中的volatile
1. 嵌入式系统与寄存器操作
- 场景：操作硬件寄存器时（如 GPIO、定时器），必须使用
volatile。
例：volatile unsigned int *GPIO_PIN = (unsigned int*)0x12345678;
（若不标记volatile，编译器可能缓存寄存器值，导致硬件操作失效）。
2. 多线程共享变量的可见性
- 与
volatile相关的并发问题：- 缓存不一致：不同线程可能读取到变量的旧值（如 CPU 缓存未同步）。
- 指令重排序：编译器 / 处理器可能调整指令顺序，导致逻辑错误。
volatile的局限性：
仅保证 “可见性”，不保证原子性（如i++仍需加锁）。
| 关键字 | 解决的问题 | 性能开销 |
|---|---|---|
volatile |
可见性、有序性 | 低 |
synchronized（Java） |
原子性、可见性、有序性 | 高 |
lock（C#） |
原子性、资源互斥 | 高 |
六、struct 结构体 C和C++的区别 求结构体大小,使用的注意事项
一、C 与 C++ 中结构体的核心区别
1. 默认访问权限
- C：所有成员默认
public（仅支持公开访问）。 - C++：可指定
public/private/protected（默认public，但支持封装）。
2. 成员函数与继承
- C：
- 仅包含变量，不支持函数、构造函数、析构函数。
- 不支持继承。
- C++：
- 可包含成员函数、静态成员、常量。
- 支持继承其他类 / 结构体，实现多态。
3. 类型声明
- C：使用时需显式加
struct关键字（除非用typedef）。
struct Point { int x, y; };
struct Point p; // 必须带structC++：可直接使用类型名。
struct Point { int x, y; }; Point p; // 无需struct
4. 初始化方式
- C：
- 只能用聚合初始化（按顺序初始化所有成员）
struct Point p = {1, 2}; // 正确
struct Point p = {.y=2, .x=1}; // C99指定初始化器C++：
- 支持构造函数、默认值、列表初始化。
struct Point { int x=0, y=0; };
Point p{1, 2}; // 列表初始化
Point p = {.y=2}; // C++20指定初始化器二、结构体大小计算规则
1. 内存对齐（Alignment）
- 原则：
- 成员变量按自身大小或指定对齐值（
#pragma pack）的较小值对齐。 - 结构体总大小必须是最大对齐值的整数倍。
- 成员变量按自身大小或指定对齐值（
2. 计算示例
// 示例1
struct S1 {
char a; // 1字节 → 偏移0
int b; // 4字节 → 对齐到4的倍数，偏移4（填充3字节）
short c; // 2字节 → 偏移8
}; // 总大小：10 → 对齐到4的倍数，最终12字节
// 示例2（调整顺序）
struct S2 {
int b; // 4字节 → 偏移0
short c; // 2字节 → 偏移4
char a; // 1字节 → 偏移6
}; // 总大小：7 → 对齐到4的倍数，最终8字节3. 指定对齐方式
#pragma pack（C/C++）：
#pragma pack(1) // 按1字节对齐（取消填充）
struct S3 {
char a; // 1字节 → 偏移0
int b; // 4字节 → 偏移1
short c; // 2字节 → 偏移5
}; // 总大小：7字节
#pragma pack()三、使用结构体的注意事项
1. 内存对齐优化
- 成员排序：按大小降序排列（如
int → short → char），减少填充。 - 慎用
#pragma pack：虽减少空间，但可能降低内存访问效率（非对齐访问更耗时）。
2. C++ 特有的陷阱
- 空结构体大小：C++ 中空结构体大小至少为 1 字节（保证不同对象地址唯一）。
struct Empty {}; // sizeof(Empty) = 1虚函数与虚表：含虚函数的结构体有虚表指针（通常 4/8 字节）。
struct Base { virtual void f() {} }; // sizeof(Base) = 8（64位系统）总结对比表
| 特性 | C 语言结构体 | C++ 结构体 |
|---|---|---|
| 默认访问权限 | 全部public |
可指定public/private |
| 成员函数 | 不支持 | 支持（包括构造 / 析构函数） |
| 继承与多态 | 不支持 | 支持 |
| 类型声明 | 需显式写struct |
可直接使用类型名 |
| 初始化方式 | 聚合初始化 | 支持构造函数、列表初始化 |
| 空结构体大小 | 未定义（通常 0） | 至少 1 字节 |
| 内存对齐原则 | 依赖编译器 | 依赖编译器（更复杂） |
七、class和Sture的区别
C++ 中class与struct的核心区别
在 C++ 中，class和struct都用于定义自定义数据类型，但它们在默认访问控制、继承方式和设计意图上存在关键差异：
一、默认访问控制
| 特性 | struct |
class |
|---|---|---|
| 默认成员权限 | public（所有成员公开） |
private（所有成员私有） |
| 默认继承权限 | public（基类成员保持原权限） |
private（基类成员变为私有） |
struct S {
int a; // 默认public
private:
int b; // 显式设为private
};
class C {
int a; // 默认private
public:
int b; // 显式设为public
};二、继承与多态
-
继承方式：
struct Base { int x; };
struct Derived_S : Base {}; // 默认public继承
class Derived_C : Base {}; // 默认private继承Derived_S可访问Base的public成员（因public继承）。Derived_C无法访问Base的public成员（因private继承）。
多态性：
两者均可通过虚函数实现多态，但需注意：
struct Base { virtual void f() {} };
class Derived : public Base { void f() override {} };
Base* ptr = new Derived(); // 需显式public继承才能正确转型三、设计意图与最佳实践
| 场景 | 推荐使用struct |
推荐使用class |
|---|---|---|
| 数据聚合 | 仅包含数据，无复杂行为 | - |
| 封装与抽象 | - | 需隐藏实现细节，提供接口 |
| 面向对象设计 | - | 需继承、多态、复杂方法 |
| 与 C 兼容 | 纯数据结构（无 C++ 特性） | - |
典型案例：
struct常用于表示简单数据（如坐标点、配置参数）：
struct Point { double x, y; }; // 纯数据，无方法class常用于实现抽象数据类型（如容器、算法）：
class Vector {
private:
int* data;
size_t size;
public:
Vector(size_t n); // 构造函数
~Vector(); // 析构函数
void push_back(int value);
};四、总结：何时用哪个？
- 用
struct：当类型主要是数据集合，且成员需默认公开时。 - 用
class：当类型需封装（隐藏实现）、继承或复杂行为时。
本质上，C++ 的struct是 C 结构体的扩展，而class是 C++ 面向对象特性的核心。选择两者的关键在于访问控制需求和设计意图，而非功能限制（技术上struct也能实现class的全部功能）。