跳到主要内容
🔍

代码示例：1.3.11 C11 嵌入式相关特性

全部示例均标注编译命令、适用环境与实测状态；完整验证记录见《03.5-代码编译运行验证记录》。

  • examples/ex1-register-macros.c · uint32_t 寄存器宏 + _Static_assert 编译期校验

    /* ex1-register-macros.c —— uint32_t 寄存器宏 + _Static_assert（1.3.11）
 * 编译：gcc ex1-register-macros.c -o ex1 -std=c11 -Wall -Wextra -Wpedantic
 */
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
 
_Static_assert(sizeof(uint32_t) == 4, "uint32_t must be exactly 4 bytes");
 
static volatile uint32_t reg_ctrl = 0;
 
#define REG_SET_BIT(reg, bit)    ((reg) |= (1u << (bit)))
#define REG_CLEAR_BIT(reg, bit)  ((reg) &= ~(1u << (bit)))
#define REG_TOGGLE_BIT(reg, bit) ((reg) ^= (1u << (bit)))
#define REG_IS_SET(reg, bit)     (((reg) >> (bit)) & 1u)
 
int main(void)
{
    REG_SET_BIT(reg_ctrl, 3);
    printf("set bit3:    0x%08X\n", (unsigned)reg_ctrl);
    REG_TOGGLE_BIT(reg_ctrl, 0);
    printf("toggle bit0: 0x%08X\n", (unsigned)reg_ctrl);
    printf("is_set bit3=%u bit0=%u\n", REG_IS_SET(reg_ctrl, 3), REG_IS_SET(reg_ctrl, 0));
    REG_CLEAR_BIT(reg_ctrl, 3);
    printf("clear bit3:  0x%08X\n", (unsigned)reg_ctrl);
    return 0;
}

  • examples/ex2-atomic-counter.c · C11 _Atomic 原子计数器（与 volatile 对比的单线程语义演示）

    /* ex2-atomic-counter.c —— C11 _Atomic 原子计数器（1.3.11）
 * 编译：gcc ex2-atomic-counter.c -o ex2 -std=c11 -Wall -Wextra -Wpedantic
 * 说明：单线程演示 _Atomic 语义；volatile 只保证内存访问不保证原子性，
 *       多线程并发下的数据竞争见 ex3 conceptual（不运行危险代码）。
 */
#include <stdio.h>
#include <stdatomic.h>
 
_Atomic int atomic_counter = 0;
volatile int volatile_counter = 0;
 
int main(void)
{
    atomic_fetch_add(&atomic_counter, 1);
    atomic_fetch_add(&atomic_counter, 1);
    printf("atomic_counter = %d\n", atomic_load(&atomic_counter));
 
    volatile_counter = volatile_counter + 1;
    printf("volatile_counter = %d\n", volatile_counter);
 
    printf("atomic_is_lock_free = %d\n", atomic_is_lock_free(&atomic_counter));
    return 0;
}

  • examples/ex3-volatile-notes.txt · volatile 不能替代互斥锁/原子的机理（conceptual：静态讲解，不运行）

    # 1.3.11 ex3（conceptual 讲解文本，不编译不运行）：volatile 不能替代互斥锁/原子
# 依据：C11 标准 N1570 §5.1.2.4（数据竞争）、§6.7.3（volatile）、§7.17（原子库）
#
# 1. volatile 的真实语义：对"每次访问"的约束——
#    编译器不得把对该对象的读写优化掉/缓存进寄存器/与其它 volatile 访问重排；
#    它不提供：原子性、内存序、互斥。
#
# 2. 为什么 volatile 不能保证并发安全：
#    volatile int x;  x++ 实际是三步：读 x → 加一 → 写 x。
#    线程 A 与 B 同时执行时，两个线程可能都读到旧值 0，各自写回 1——一次更新丢失。
#    volatile 只保证"每一步都真去内存"，不保证"三步之间没有别人插入"。
#
# 3. 正确方案分层（本章核心结论）：
#    - 单变量简单共享（计数/标志位翻转）→ C11 原子：_Atomic int 或 atomic_fetch_add；
#    - 多变量/多步操作的互斥（银行转账式的复合操作）→ 互斥锁（5.3 pthread 展开）；
#    - volatile 的正当用途 → 内存映射寄存器（MMIO）与信号处理共享标志（5.4 展开）。
#
# 4. 纪律声明：本课程不通过运行多线程数据竞争代码来演示（未定义行为，观察输出无教学价值），
#    该结论由语言标准条文保证，而非某次运行的偶然结果。