數(shù)據(jù)類(lèi)型是編程語(yǔ)言中最基本的構(gòu)成元素，但卻是最易被忽略的一環(huán)，程序員愿意把幾乎100％的精力都花在算法研究、程序流控制等大環(huán)節(jié)上，卻很少在數(shù)據(jù)類(lèi)型問(wèn)題上反復(fù)斟酌。

細(xì)節(jié)決定成敗，一個(gè)螺絲釘?shù)氖д`可能導(dǎo)致一個(gè)飛行器的毀滅，一個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型的錯(cuò)誤同樣可以讓龐大的軟件系統(tǒng)崩潰。

MISRA—c中關(guān)于數(shù)據(jù)類(lèi)型的規(guī)則主要分為兩個(gè)方面。一是數(shù)據(jù)類(lèi)型相關(guān)的編程風(fēng)格；二是不同數(shù)據(jù)類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)換，后者是重點(diǎn)。這里介紹MISRA_C關(guān)于數(shù)據(jù)類(lèi)型的部分規(guī)則，更多的規(guī)則請(qǐng)參考《MISRA-C：2OO4）》一書(shū)。

下文中凡是未加特殊說(shuō)明的都是強(qiáng)制（required）規(guī)則．個(gè)別推薦（advisory）規(guī)則加了“推薦”標(biāo)識(shí)。

在展開(kāi)論述之前，先看兩個(gè)問(wèn)題，讀者可以帶著疑問(wèn)閱讀完本章內(nèi)容。

問(wèn)題1：執(zhí)行以下程序，result_8的值是多少？

ulnt8_t porI=0x5a;

uint8一t resuh_8；

result_8=（～port）》》4;

／*注：uint8_t表示8位無(wú)符號(hào)整型*／

問(wèn)題2：執(zhí)行以下程序，d的值是多少？

uintl6_t a=10；

uin|16_t b=6553l；

uint32_t c=0；

uint32_t d；

d=a+b+c；

／*注：uintl6_t表示16位無(wú)符號(hào)整型，uint32_t表示32位無(wú)符號(hào)整型*／

1 數(shù)據(jù)類(lèi)型相關(guān)的編程風(fēng)格

規(guī)則6.3（推薦）：必須用typedef顯式標(biāo)識(shí)出各數(shù)據(jù)

類(lèi)型的長(zhǎng)度和符號(hào)特性，避免直接使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類(lèi)型。

例如，一個(gè)32位的整數(shù)系統(tǒng)，可定義如下：

之所以用intl6_t和uint32_t等代替signed short和unsigned int等標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類(lèi)型標(biāo)識(shí)符，是由于不同的編譯器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類(lèi)型的長(zhǎng)度定義是不一樣的。比如說(shuō)一個(gè)16位系統(tǒng)，很可能就把short和int都定義成16位，long定義成32位，這與上文32位系統(tǒng)中標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類(lèi)型的長(zhǎng)度就不一致。用intl6_t和uint_32等標(biāo)識(shí)符來(lái)定義變量，一方面增加了程序的可讀性，使得程序員本人或其他讀者都能對(duì)程序中數(shù)據(jù)的具體信息胸有成竹；另一方面也有助于程序在不同系統(tǒng)之間的移植，節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，減少隱患。規(guī)則7 1：不得使用八進(jìn)制常數(shù)（O除外）或八進(jìn)制轉(zhuǎn)義符。

思考如下數(shù)組：

code=109；

code=100；

code=O52

code=O71；

／*注：八進(jìn)制常數(shù)須在最高位加O*／

code的實(shí)際值是42（十進(jìn)制），code的實(shí)際值是57（十進(jìn)制）；但估計(jì)很多讀者會(huì)把code認(rèn)成是52（十進(jìn)制），code認(rèn)成是7l（十進(jìn)制）。

八進(jìn)制數(shù)在C程序中使用的頻率遠(yuǎn)小于十進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)，為了保證程序的可讀性和安全性，程序員不允許使用八進(jìn)制數(shù)以及八進(jìn)制轉(zhuǎn)義符。

2 數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換

如果程序員對(duì)數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換有很清晰的認(rèn)識(shí)，并且在必要的地方做了正確的顯式強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，那程序是安全的。但有時(shí)由于程序員的疏忽，或者是過(guò)于相信編譯器的“智慧”程度，導(dǎo)致表達(dá)式中有很多隱式轉(zhuǎn)換（即沒(méi)有顯式地強(qiáng)制轉(zhuǎn)換），而這些隱式數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換很可能就構(gòu)成致命的漏洞。MISRA—C中數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換規(guī)則的著眼點(diǎn)，即是避免有漏洞的隱式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

在介紹MISRA—C關(guān)于數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換的部分規(guī)則之前，先介紹整型操作數(shù)的“平衡（balance）”原則。所謂整型操作數(shù)“平衡”原則，即對(duì)于隱式表達(dá)式，編譯器會(huì)按照既定規(guī)則對(duì)操作數(shù)進(jìn)行位數(shù)擴(kuò)充，其中int和unsiglled int在整型表達(dá)式“平衡”過(guò)程中占重要地位。

下面分析一個(gè)簡(jiǎn)單的隱式整型表達(dá)式c=a+b（假設(shè)a的存儲(chǔ)位數(shù)不大于b的存儲(chǔ)位數(shù)），編譯器是這樣來(lái)處理這個(gè)表達(dá)式的：

如果b是短整型（即位數(shù)少于int，比如char、short等）或者整型（int或unsigned int），那a也是短整型或者整型，執(zhí)行“+”運(yùn)算之前，a和b都將被擴(kuò)充為整型（int或者unsigned int），然后相加的結(jié)果賦給c（如果c不是int或者unsigned int類(lèi)型，則這個(gè)賦值操作也會(huì)包含隱式的擴(kuò)充或截?cái)嗖僮鳎?/p>

如果b是長(zhǎng)整型（存儲(chǔ)位數(shù)多于int），則a會(huì)被擴(kuò)充為與b相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)整型，再執(zhí)行“+”運(yùn)算，所得結(jié)果賦給c（可能包含隱式的擴(kuò)充或截?cái)嗖僮鳎?/p>

絕大部分的操作符用于整型運(yùn)算的時(shí)候，都遵循上述“平衡”原則，比如：算術(shù)操作符、位操作符和關(guān)系運(yùn)算符。

但邏輯操作符不遵循上述“平衡”原則。此外左移（》）運(yùn)算符也不遵循“平衡”原則，只和移位操作符左邊的整型操作數(shù)相關(guān)。假設(shè)一個(gè)8位的短整型變量值為Oxf5（十六進(jìn)制），則右移4位所得結(jié)果是O xof（十六進(jìn)制）。

明確了上述背景后，下面來(lái)關(guān)注本文一開(kāi)始提出的“問(wèn)題1”（代碼參見(jiàn)前文）。絕大部分擁有嵌人式C程序開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人都明白這段代碼的原意是將port的值取反后右移4位賦值給result_8（在用I／O口控制共陽(yáng)的LED時(shí)經(jīng)常這么做），程序員期望的結(jié)果顯然是resuIt_8=0xof。然而，由于整型的“平衡”原則，在16位編譯器中，～port的值是Oxffa5；在32位編譯器中，～pott的值是Oxffffffa5。無(wú)論哪種情況，最后結(jié)果（右移4位后賦值給result_8的時(shí)候有一個(gè)截?cái)嗖僮鳎┒际莚esuIt_8=Oxfa，而非程序員預(yù)期的result_8=OxOf。

倘若將最后一行代碼改成result一8=（（uin8_t）（～port））》》4，則result_8可取得預(yù)期的值。

針對(duì)以上情況，MISRA-c提出了相應(yīng)規(guī)則。

規(guī)則10.5：如果位操作符～和移位操作符》）聯(lián)合作用于unsigned char或者unsigned short類(lèi)型的操作數(shù)時(shí)，中間運(yùn)算步驟的結(jié)果必須立刻顯式強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為預(yù)期的短整型數(shù)據(jù)類(lèi)型。

為了加深對(duì)“平衡”原則的理解，再來(lái)分析一下“問(wèn)題2”。

如果用一個(gè)32位的編譯器來(lái)編譯這段程序，最終結(jié)果是d=6554l，程序員“幸運(yùn)地”得到了預(yù)期的結(jié)果。如果是16位的編譯器，得到的結(jié)果卻是d=5。

由于“+”運(yùn)算是左結(jié)合的，所以d=a+b+c等效于d=（a+b）+c，即先執(zhí)行a+b，所得的和再與c相加．最后結(jié)果賦值給d。問(wèn)題就出在a+b這個(gè)中間步驟中。由于a和b都是16位整型（注意編譯器也是16位的），故而a+b的結(jié)果也是16位整型，則a+b的值是Ox0005（有溢出）；再擴(kuò)充為32位整型Ox00000005和c相加賦值給d，d=5，這并非程序員預(yù)期的結(jié)果。

所以，在16位編譯器中，問(wèn)題2的那段代碼很可能導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤。當(dāng)然，如果程序員用（）指定了運(yùn)算優(yōu)先級(jí)的話，即最后一行代碼寫(xiě)成d=a+（b+c），也可以避免上述溢出錯(cuò)誤，然而，這終究不是治本的辦法。只有明確每一個(gè)操作數(shù)的實(shí)際數(shù)據(jù)類(lèi)型，才能保障代碼的安全性。

MISRA-C中對(duì)于表達(dá)式中存在隱式數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換的情況作了嚴(yán)格的限制。

規(guī)則10.1：以下情況下，整型表達(dá)式中不允許出現(xiàn)隱式數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換。

①整型操作數(shù)不是被擴(kuò)充為更多位數(shù)的同符號(hào)整數(shù)；

②表達(dá)式是復(fù)雜表達(dá)式；

③表達(dá)式不是常數(shù)表達(dá)式，且是函數(shù)的參數(shù)；

④表達(dá)式不是常數(shù)表達(dá)式，且是函數(shù)的返回表達(dá)式。。

規(guī)則10.2：以下情況下，浮點(diǎn)數(shù)表達(dá)式中不允許出現(xiàn)隱式數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換。

①浮點(diǎn)型操作數(shù)不是被擴(kuò)充為更多位數(shù)的同符號(hào)浮點(diǎn)數(shù)；

②表達(dá)式是復(fù)雜表達(dá)式；

③表達(dá)式是函數(shù)的參數(shù)；

④表達(dá)式是函數(shù)的返回表達(dá)式。

整型表達(dá)式規(guī)則和浮點(diǎn)數(shù)表達(dá)式規(guī)則基本類(lèi)似，只是浮點(diǎn)數(shù)表達(dá)式規(guī)則更為苛刻一些，對(duì)浮點(diǎn)型的常數(shù)也作了嚴(yán)格的限定。

這兩條規(guī)則中，出現(xiàn)了“復(fù)雜表達(dá)式”的概念。請(qǐng)注意，MISRA—C中“復(fù)雜表達(dá)式”的概念和其他介紹C編程規(guī)范書(shū)籍中“復(fù)雜表達(dá)式”的概念是不一樣的。在MISRA-C中，非“復(fù)雜表達(dá)式”基本只限制在常數(shù)表達(dá)式或者函數(shù)的返回值。為了明確上述規(guī)則中關(guān)于“復(fù)雜表達(dá)式”和“返回表達(dá)式”的概念，此處舉一例子。定義一個(gè)函數(shù)uintl6_t foo（void），函數(shù)體如下：

uintl6_t foo（void）{

return（a+b+c）；

函數(shù)體中最后一句return（a+b+c）中的a+b+c是返回表達(dá)式。倘若在C程序的其他地方有a=foo（）這樣的語(yǔ)句，則用的是foo（）函數(shù)的返回值。在MISRA-c中，的資源，完成了采用USB接口技術(shù)的熱敏打印機(jī)的開(kāi)發(fā)，并對(duì)打印頭作了充分的保護(hù)。通過(guò)采用相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)這個(gè)賦值表達(dá)式不是“復(fù)雜表達(dá)式”。

至于表達(dá)式作為函數(shù)參數(shù)等情況，礙于篇幅的原因，此處就不再詳細(xì)展開(kāi)了。

權(quán)衡一下利弊，在涉及到數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換的時(shí)候，與其花很大力氣去區(qū)分一個(gè)隱式表達(dá)式是否在MISRA—C規(guī)則的“黑名單”中，還不如用強(qiáng)制轉(zhuǎn)換符顯式地標(biāo)識(shí)出每個(gè)操作數(shù)的實(shí)際數(shù)據(jù)類(lèi)型，這是最為穩(wěn)妥的方法。總而言之，MISRA—C關(guān)于數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換規(guī)則的中心意思，是要求程序員明確任意一個(gè)操作數(shù)的實(shí)際數(shù)據(jù)類(lèi)型。

3 小 結(jié)

作為一名優(yōu)秀程序員，第一步就是以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待程序中的每一個(gè)數(shù)據(jù)，明白任何一個(gè)數(shù)據(jù)操作的關(guān)鍵，從而能寫(xiě)出最清晰易懂而又安全的代碼。MISRA—C關(guān)于數(shù)據(jù)類(lèi)型的規(guī)則可保障程序員在邁出這一步的時(shí)候不會(huì)摔倒。

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