摘要：在看別人單片機程序時，你也許是奔潰的，因為全局變量滿天飛，不知道哪個在哪用了，哪個表示什么，而且編寫極其不規范。自己寫單片機程序時，也許你也是奔潰的。

總感覺重新開啟一個項目，之前的寫過相似的代碼也無法使用，得重新敲，代碼重用度不高，編程效率低下，代碼無法積累。

而且感覺寫這個代碼沒有思想，沒有靈魂，沒有框架，只是一個一個功能代碼的堆砌，很空泛。

那么這個時候，你也許應該在單片機中引入面向對象的思想了，使代碼更規范。

一、單片機程序框架

1、輪流執行

int?main?(void) {while(1){sing();dance();play();} }

函數sing執行的時間比較長的話，函數dance就不能很快的被執行。任何一個函數死掉的話就會影響整個系統。

2、前后臺

在使用 51、AVR、STM32 單片機裸機的時候一般都是在main函數里面用while(1)做一個大循環來完成所有的處理，即應用程序是一個無限的循環，循環中調用相應的函數完成所需的處理。

有時候我們也需要中斷中完成一些處理。相對于多任務系統而言，這個就是單任務系統，也稱作前后臺系統，中斷服務函數作為前臺程序，大循環while(1)作為后臺程序。

對應的編程代碼大概是這樣的:

void?EXTI_IRQHandler() {flag?=?1; } int?main?(void) {while(1){if?(flag?=?1){do_something();flag?=?0;}} }

有什么問題？

前后臺系統的實時性差，前后臺系統各個任務(應用程序)都是排隊等著輪流執行，不管你這個程序現在有多緊急，沒輪到你就只能等著！

相當于所有任務(應用程序)的優先級都是一樣的。但是前后臺系統簡單啊，資源消耗也少啊！在稍微大一點的嵌入式應用中前后臺系統就明顯力不從心了。

3、多任務

void?first_task() {while?(1){if(has_data())put_data();} } void?second_task() {while?(1){if(get_data())do_something();} }int?main(void) {create_task(first_task);create_task(second_task);start_scheduler(); }

多任務系統會把一個大問題“分而治之”，把大任務劃分成很多個小問題，逐步的把小任務解決掉，大任務也就隨之解決了，這些任務是并發處理的。

注意，并不是說同一時刻一起執行很多個任務，而是由于每個任務執行的時間很短，導致看起來像是同一時刻執行了很多個任務一樣。

二、執行的程序怎么寫？

以按鍵為例，點亮一個小燈！

1.常規寫法

int?mian(void) {while?(1){if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,?GPIO_PIN_3)?==?GPIO_PIN_SET){printf("按鍵按下\r\n");}} }

2.面向對象的寫法

首先我們把每一個按鍵都看成一個對象，既然是對象就肯定有屬性和行為，比如我們定義一個學生，那么這個學生有什么屬性呢？

肯定有姓名、年齡、身高、體重對吧，這些是一些基本的屬性，我們可以用一些單獨的變量來定義它，比如：

typedef?struct {uint8_t??*name;?//姓名(變量)uint8_t??age;???//年齡(變量)uint8_t??height;//身高(變量)uint8_t??weight;//體重(變量) }?student_t;

但是一個學生還有很多行為對吧，它會唱歌、跳舞、打籃球、也會關注果果小師弟的公眾號對吧，于是我們就可以這樣定義：

typedef?struct {uint8_t??*name;??//姓名(變量)uint8_t??age;????//年齡(變量)uint8_t??height;?//身高(變量)uint8_t??weight;?//體重(變量)void?(*Sing_song)(void);?//會唱歌(函數指針)void?(*Dance_latin)(void);?//會跳舞(函數指針)void?(*Wechat_zhiguoxin)(void);?//會關注果果的公眾號(函數指針) }?student_t;

好了，這里我們提到了函數指針，所以就來說一說函數指針。

函數指針，顧名思義它就是一個指針，只不過它是一個函數指針，所以指向的是一個函數。類比一般的變量指針，指針變量，實質上是一個變量，只不過這個變量存放的是一個地址，在32位單片機中，任何類型的指針變量都存放的是一個大小為4字節的地址。

重要的話說三遍！牢記在心！！！

為什要記住函數指針，因為在單片機面向對象編程中，結構體的成員不是變量就是函數指針這兩種類型。變量就不用說了，函數指針理解就好。

其實函數指針可以類比一般的變量，看下面：

int???a;?<?=?>?void?Sing_song(void); int?*?p;?<?=?>?void?(*zhiguoxin)(void); p=&a;???<?=?>?zhiguoxin?=?&Sing_song;

左邊走義變量a，右邊定義函數Sing_song;

左邊定義int指針，右邊定義函數指針;

左邊賦值指針，右邊賦值函數指針;

那么函數指針怎么用呢？我們還是以單片機為例，把按鍵類比為一個對象，這個按鍵有按鍵標志位，有長按或者短按，按鍵還有行為：按鍵初始化、按鍵循環檢測等。

所以我們創建下面這樣一個結構體，當然這個結構體不一定僅僅有這些變量和函數，這完全取決于你自己的定義，你想怎么定義就怎么定義，你甚至可以定義按鍵的顏色都。

typedef?struct {uint8_t??KEY_Flag;??//標志位(變量)uint8_t??Click;//按下(變量)void?(*KEY_Init)(void);?//按鍵初始化(函數指針)void?(*KEY_Detect)(void);?//按鍵檢測(函數指針) }?KEY_t;

現在已經定義了KEY_t這種類型的結構體，處理器還沒有分配給這個結構體內存，因為我們只是聲明這樣一個類型，而類型是不占用內存的，只有我們定義對應的結構體類型的變量時才會在占用內存空間。

那么怎么定義一個結構體類型的變量呢？

KEY_t???KEY1;

然后就要初始化結構體的成員變量了。

KEY_t??KEY1?=?{0,0,KEY_init,KEY_detect};

這里要注意了現在結構體有四個成員，前兩個普通的變量，我們初始化為0，還有兩個函數指針，我們是不是要把我們想寫得函數的函數名字放在這里啊。

那么聰明的你肯定知道還要定義KEY_init();和KEY_detect();這兩個函數。這兩個函數可以這樣寫。

static?void?KEY_init() {GPIO_InitTypeDef?GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.Pin?=?GPIO_PIN_3;GPIO_InitStruct.Mode?=?GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull?=?GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed?=?GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOA,?&GPIO_InitStruct); } static?void?KEY_detect()? {uint8_t?i?=?0;?if(KEY1.KEY_Flag?==?1){HAL_Delay(100);if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_3)?==?GPIO_PIN_SET){printf("按鍵按下\r\n");}KEY1.KEY_Flag?=?0;} }

好了具體函數中的代碼我就不需要解釋了。這樣一個按鍵的對象我們就定義好了，這個按鍵我們賦予了"他"生命，有屬性(變量)有行為(函數)。

這樣我們在主函數就可以這樣的調用，來實現相應的功能了。按鍵使用了中斷，這里并沒有講解。

void?main(void) {KEY1.KEY_Init();//初始化按鍵while(1)?{??KEY1.KEY_Detect();//按鍵檢測} }

如果理解了這些，那么面向對象的精髓你基本已經掌握了，接下來就是不斷地去練習和實踐了。

三、為什么要面向對象？

我們知道，現有的編程范式主要是：面向過程編程、面向對象編程、函數式編程。

對于流程清晰的簡單程序，一般只有一條流程主線，很容易被劃分成順序執行的幾個步驟，面向對象編程和面向過程編程沒有太大差別，并且面向過程編程常常比面向對象編程更加直觀高效。

但當我們面對一個大型的復雜程序，由于其錯綜復雜的流程和交互關系，很難將其簡單地拆分成一條主線串成的簡單步驟，而通常表現為一個網狀關系結構。

這個時候，面向過程編程的這種流程化和線性化的思維方式就會顯得比較吃力，而面向對象編程的優勢就比較明顯了。

面向對象編程風格的代碼更容易復用、擴展和維護、更高級、更人性化、更適合大規模復雜程序的開發。在Linux中就是用的面向對象編程，里面有很多的結構體、指針、鏈表等等。如果還沒有接觸到面向對象編程只能說明你做的東西還不夠復雜。

在單片機舉一個例子，一塊開發板可能會適配不同的屏幕:

一塊板子，三個屏幕

那么每一塊板子肯定有不同的代碼適配，在程序中我們可以讀出屏幕的ID，然后通過if判斷來執行不同的指令，就行這樣。

果果小師弟

如果使用面向對象編程，那么就可以這樣寫代碼。

typedef?struct?lcd{uint8_t?type;void?(*LCD_Init)(void) }lcd_t,?*plcd_t;int?Read_id() {/*?0:?LCDA*?1:?LCDB*/return?0;? }int?Get_Lcd_Type(void) {return?Read_id(); }void?LCDA_Init(void)//屏幕A初始化 {LCD_WR_REG(0xCF);??LCD_WR_DATA(0x00);?LCD_WR_DATA(0xC1);?LCD_WR_DATA(0X30);? }void?LCDB_Init(void)//屏幕B初始化 {LCD_WR_REG(0X11);delay_ms(20);LCD_WR_REG(0XD0);LCD_WR_DATA(0X07);? }lcd_t?openedv_com_lcds[]?=?{{0,?LCDA_Init},{1,?LCDB_Init}, };plcd_t?get_lcd(void)//獲取到屏幕類型 {int?type?=?Get_Lcd_Type();return?&openedv_com_lcds[type]; }int?main(void?) {plcd_t?lcd;?lcd?=?get_lcd();//獲取到屏幕類型lcd->?LCD_Init();//初始化對應屏幕while?(1){}? }

這里只是偽代碼處理辦法，原理就和上面所講的一樣，在結構體中使用變量和函數。

到這里你應該掌握了面向對象得單片機編程方法，一起來試驗幾個例子：

LED燈

typedef?struct {?void?(*LED_ON)(uint8_t?LED_Num);?????//打開void?(*LED_OFF)(uint8_t?LED_Num);????//關閉void?(*LED_Flip)(uint8_t?LED_Num);???//翻轉 }?LED_t;

按鍵KEY

typedef?struct {uint8_t??KEY_Flag;????????//標志位(變量)uint8_t??Click;???????????//按下(變量)void?(*KEY_Init)(void);???//按鍵初始化(函數指針)void?(*KEY_Detect)(void);?//按鍵檢測(函數指針) }?KEY_t;

蜂鳴器BEEP

typedef?struct {uint8_t?Status;??????//狀態void?(*ON)(void);?????//打開void?(*OFF)(void);????//關閉 }?BEEP_t;

串口UART

typedef?struct {USART_TypeDef?*uart;/*?STM32內部串口設備指針?*/uint8_t?*pTxBuf;???/*?發送緩沖區?*/uint8_t?*pRxBuf;???/*?接收緩沖區?*/uint16_t?usTxBufSize;??/*?發送緩沖區大小?*/uint16_t?usRxBufSize;??/*?接收緩沖區大小?*/uint16_t?usTxWrite;?/*?發送緩沖區寫指針?*/uint16_t?usTxRead;??/*?發送緩沖區讀指針?*/uint16_t?usTxCount;?/*?等待發送的數據個數?*/uint16_t?usRxWrite;?/*?接收緩沖區寫指針?*/uint16_t?usRxRead;??/*?接收緩沖區讀指針?*/uint16_t?usRxCount;?/*?還未讀取的新數據個數?*/void?(*RS485_Set_SendMode)(void);??//RS-485接口設置為發送模式void?(*RS485_Set_RecMode)(void);???//RS-485接口設置為接收模式 }UART_T;面向對象的單片機編程

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我是張巧龍，一名教電子的大學老師，歡迎關注！

總結

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