原来搞单片机也可以面向对象
摘要：在看别人单片机程序时，你也许是奔溃的，因为全局变量满天飞，不知道哪个在哪用了，哪个表示什么，而且编写极其不规范。自己写单片机程序时，也许你也是奔溃的。总感觉重新开启一个项目，之前的写过相似的代码也无法使用，得重新敲，代码重用度不高，编程效率低下，代码无法积累。而且感觉写这个代码没有思想，没有灵魂，没有框架，只是一个一个功能代码的堆砌，很空泛。
那么这个时候，你也许应该在单片机中引入面向对象的思想了，使代码更规范。
一、单片机程序框架
1、轮流执行
int main (void)
{
while(1)
{
sing();
dance();
play();
}
}
函数sing执行的时间比较长的话，函数dance就不能很快的被执行。任何一个函数死掉的话就会影响整个系统。
2、前后台
在使用 51、AVR、STM32 单片机裸机的时候一般都是在main函数里面用while(1)做一个大循环来完成所有的处理，即应用程序是一个无限的循环，循环中调用相应的函数完成所需的处理。有时候我们也需要中断中完成一些处理。相对于多任务系统而言，这个就是单任务系统，也称作前后台系统，中断服务函数作为前台程序，大循环while(1)作为后台程序。
对应的编程代码大概是这样的:
void EXTI_IRQHandler(){ flag = 1;}int main (void){ while(1) { if (flag = 1) { do_something(); flag = 0; } }}有什么问题？
前后台系统的实时性差，前后台系统各个任务(应用程序)都是排队等着轮流执行，不管你这个程序现在有多紧急，没轮到你就只能等着！相当于所有任务(应用程序)的优先级都是一样的。但是前后台系统简单啊，资源消耗也少啊！在稍微大一点的嵌入式应用中前后台系统就明显力不从心了。
3、多任务
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();
}
多任务系统会把一个大问题“分而治之”，把大任务划分成很多个小问题，逐步的把小任务解决掉，大任务也就随之解决了，这些任务是并发处理的。注意，并不是说同一时刻一起执行很多个任务，而是由于每个任务执行的时间很短，导致看起来像是同一时刻执行了很多个任务一样。
二、执行的程序怎么写？
以按键为例，点亮一个小灯！
1.常规写法
int mian(void){ while (1) { if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_3) == GPIO_PIN_SET) { printf('按键按下\r\n'); } }}2.面向对象的写法
首先我们把每一个按键都看成一个对象，既然是对象就肯定有属性和行为，比如我们定义一个学生，那么这个学生有什么属性呢？
肯定有姓名、年龄、身高、体重对吧，这些是一些基本的属性，我们可以用一些单独的变量来定义它，比如：
typedef struct
{
uint8_t *name; //姓名(变量)
uint8_t age; //年龄(变量)
uint8_t height;//身高(变量)
uint8_t weight;//体重(变量)
} student_t;
但是一个学生还有很多行为对吧，它会唱歌、跳舞、打篮球、也会关注果果小师弟的公众号对吧，于是我们就可以这样定义：
typedef struct{ uint8_t *name; //姓名(变量) uint8_t age; //年龄(变量) uint8_t height; //身高(变量) uint8_t weight; //体重(变量) void (*Sing_song)(void); //会唱歌(函数指针) void (*Dance_latin)(void); //会跳舞(函数指针) void (*Wechat_zhiguoxin)(void); //会关注果果的公众号(函数指针)} student_t;好了，这里我们提到了函数指针，所以就来说一说函数指针。
函数指针，顾名思义它就是一个指针，只不过它是一个函数指针，所以指向的是一个函数。类比一般的变量指针，指针变量，实质上是一个变量，只不过这个变量存放的是一个地址，在32位单片机中，任何类型的指针变量都存放的是一个大小为4字节的地址。
重要的话说三遍！牢记在心！！！为什要记住函数指针，因为在单片机面向对象编程中，结构体的成员不是变量就是函数指针这两种类型。变量就不用说了，函数指针理解就好。
其实函数指针可以类比一般的变量，看下面：
int a; < = > void Sing_song(void);
int * p; < = > void (*zhiguoxin)(void);
p=&a; < = > zhiguoxin = &Sing_song;
左边走义变量 a，右边定义函数Sing_song;左边定义 int指针，右边定义函数指针;左边赋值指针，右边赋值函数指针;
那么函数指针怎么用呢？我们还是以单片机为例，把按键类比为一个对象，这个按键有按键标志位，有长按或者短按，按键还有行为：按键初始化、按键循环检测等。
所以我们创建下面这样一个结构体，当然这个结构体不一定仅仅有这些变量和函数，这完全取决于你自己的定义，你想怎么定义就怎么定义，你甚至可以定义按键的颜色都。
typedef struct{ uint8_t KEY_Flag; //标志位(变量) uint8_t Click;//按下(变量) void (*KEY_Init)(void); //按键初始化(函数指针) void (*KEY_Detect)(void); //按键检测(函数指针)} KEY_t;现在已经定义了KEY_t这种类型的结构体，处理器还没有分配给这个结构体内存，因为我们只是声明这样一个类型，而类型是不占用内存的，只有我们定义对应的结构体类型的变量时才会在占用内存空间。
那么怎么定义一个结构体类型的变量呢？
KEY_t KEY1;
然后就要初始化结构体的成员变量了。
KEY_t KEY1 = {0,0,KEY_init,KEY_detect}; 这里要注意了现在结构体有四个成员，前两个普通的变量，我们初始化为0，还有两个函数指针，我们是不是要把我们想写得函数的函数名字放在这里啊。
那么聪明的你肯定知道还要定义KEY_init();和KEY_detect();这两个函数。这两个函数可以这样写。
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('按键按下\r\n');
}
KEY1.KEY_Flag = 0;
}
}
好了具体函数中的代码我就不需要解释了。这样一个按键的对象我们就定义好了，这个按键我们赋予了'他'生命，有属性(变量)有行为(函数)。
这样我们在主函数就可以这样的调用，来实现相应的功能了。按键使用了中断，这里并没有讲解。
void main(void){ KEY1.KEY_Init();//初始化按键 while(1) { KEY1.KEY_Detect();//按键检测 }}如果理解了这些，那么面向对象的精髓你基本已经掌握了，接下来就是不断地去练习和实践了。
三、为什么要面向对象？
我们知道，现有的编程范式主要是：面向过程编程、面向对象编程、函数式编程。
对于流程清晰的简单程序，一般只有一条流程主线，很容易被划分成顺序执行的几个步骤，面向对象编程和面向过程编程没有太大差别，并且面向过程编程常常比面向对象编程更加直观高效。
但当我们面对一个大型的复杂程序，由于其错综复杂的流程和交互关系，很难将其简单地拆分成一条主线串成的简单步骤，而通常表现为一个网状关系结构。这个时候，面向过程编程的这种流程化和线性化的思维方式就会显得比较吃力，而面向对象编程的优势就比较明显了。
面向对象编程风格的代码更容易复用、扩展和维护、更高级、更人性化、更适合大规模复杂程序的开发。在Linux中就是用的面向对象编程，里面有很多的结构体、指针、链表等等。如果还没有接触到面向对象编程只能说明你做的东西还不够复杂。
在单片机举一个例子，一块开发板可能会适配不同的屏幕:
那么每一块板子肯定有不同的代码适配，在程序中我们可以读出屏幕的ID，然后通过if判断来执行不同的指令，就行这样。
如果使用面向对象编程，那么就可以这样写代码。
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)//获取到屏幕类型
{
int type = Get_Lcd_Type();
return &openedv_com_lcds[type];
}
int main(void )
{
plcd_t lcd;
lcd = get_lcd();//获取到屏幕类型
lcd-> LCD_Init();//初始化对应屏幕
while (1)
{}
}
这里只是伪代码处理办法，原理就和上面所讲的一样，在结构体中使用变量和函数。
到这里你应该掌握了面向对象得单片机编程方法，一起来试验几个例子：
LED灯
typedef struct{ void (*LED_ON)(uint8_t LED_Num); //打开 void (*LED_OFF)(uint8_t LED_Num); //关闭 void (*LED_Flip)(uint8_t LED_Num); //翻转} LED_t;按键KEY
typedef struct
{
uint8_t KEY_Flag; //标志位(变量)
uint8_t Click; //按下(变量)
void (*KEY_Init)(void); //按键初始化(函数指针)
void (*KEY_Detect)(void); //按键检测(函数指针)
} KEY_t;
蜂鸣器BEEP
typedef struct{ uint8_t Status; //状态 void (*ON)(void); //打开 void (*OFF)(void); //关闭} BEEP_t;串口UART
typedef struct
{
USART_TypeDef *uart;/* STM32内部串口设备指针 */
uint8_t *pTxBuf; /* 发送缓冲区 */
uint8_t *pRxBuf; /* 接收缓冲区 */
uint16_t usTxBufSize; /* 发送缓冲区大小 */
uint16_t usRxBufSize; /* 接收缓冲区大小 */
uint16_t usTxWrite; /* 发送缓冲区写指针 */
uint16_t usTxRead; /* 发送缓冲区读指针 */
uint16_t usTxCount; /* 等待发送的数据个数 */
uint16_t usRxWrite; /* 接收缓冲区写指针 */
uint16_t usRxRead; /* 接收缓冲区读指针 */
uint16_t usRxCount; /* 还未读取的新数据个数 */
void (*RS485_Set_SendMode)(void); //RS-485接口设置为发送模式
void (*RS485_Set_RecMode)(void); //RS-485接口设置为接收模式
}UART_T;