1、前言

想必做嵌入式產(chǎn)品開發(fā)都遇到過設(shè)備需要保存參數(shù)，常用的方式就是按照結(jié)構(gòu)體的方式管理參數(shù)，保存時(shí)將整個(gè)結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)保存在 Flash 中，方便下次讀取。

1.1、目的

本文時(shí)分析嵌入式/單片機(jī)中參數(shù)保存的幾種方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)（僅針對(duì)單片機(jī)/嵌入式開發(fā)而言），同時(shí)針對(duì)以結(jié)構(gòu)體的方式解決一些弊端問題（重點(diǎn)在第 3 節(jié)）。

2、參數(shù)保存格式

2.1、結(jié)構(gòu)體格式

該方式是嵌入式/單片機(jī)中開發(fā)最常用的，將所有的系統(tǒng)參數(shù)通過結(jié)構(gòu)體的方式定義，然后保存數(shù)據(jù)，介紹一下該方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

儲(chǔ)存方式：二進(jìn)制 bin 文件格式

優(yōu)點(diǎn)：

管理簡單：無需額外的代碼直接就能很方便的管理參數(shù) 內(nèi)存最?。和ㄟ^結(jié)構(gòu)體的形式保存在Flash中，占用內(nèi)存最小

缺點(diǎn)：

1.擴(kuò)展性差：

從產(chǎn)品角度來說，產(chǎn)品需要升級(jí)，若是涉及增加參數(shù)，則升級(jí)后參數(shù)通常無法校驗(yàn)通過（通常包含長度校驗(yàn)等），導(dǎo)致參數(shù)被恢復(fù)默認(rèn)

若是每個(gè)模塊都存在自己的獨(dú)有結(jié)構(gòu)體參數(shù)定義，刪除/新增時(shí)勢必影響到其他的，導(dǎo)致設(shè)備升級(jí)后參數(shù)錯(cuò)亂（結(jié)構(gòu)體中的變量地址在 bin 文件中是固定的）

2.閱讀性差：若參數(shù)需要導(dǎo)出，bin文件沒有可讀性

改進(jìn)措施：

結(jié)構(gòu)體增加預(yù)留定義，若之后需要新增參數(shù)，則在預(yù)留空間新增即可，能在一定程度上解決擴(kuò)展性差的問題，即新增不影響原有的結(jié)構(gòu)體大小和其他成員變量的位置，刪除恢復(fù)成預(yù)留即可。

為啥說只能在一定程度上解決該問題，因?yàn)橹蟮纳?jí)某些模塊可能很長時(shí)間或者從不需要增加新的參數(shù)，這種勢必就會(huì)造成內(nèi)存的無效占用，或者有些模塊頻繁增加參數(shù)導(dǎo)致預(yù)留大小不夠等問題，只能在前期設(shè)計(jì)時(shí)多加思考預(yù)留的分配情況（畢竟內(nèi)存只有那么大），改進(jìn)如下：

2.2、JSON格式

最近Json格式很是流行使用，特別是數(shù)據(jù)交換中用的很多，但是它也可以用來保存參數(shù)使用，JSON 的是 “{鍵：值}” 的方式。

儲(chǔ)存方式：字符串格式，即文本的形式

優(yōu)點(diǎn)：

擴(kuò)展性好：由于Json的格式，找到對(duì)應(yīng)鍵值（一般都是該變量的標(biāo)識(shí)），就能找到對(duì)應(yīng)的值

閱讀性好：有標(biāo)識(shí)所以導(dǎo)出參數(shù)文件通過普通的文本文件打開都能看懂

缺點(diǎn)：

管理相對(duì)復(fù)雜：沒有結(jié)構(gòu)體那么簡單，不熟還得先學(xué)習(xí) JSON 的寫法

內(nèi)存占用較大：內(nèi)容不只有值，而且都按照字符串的形式保存的

使用相關(guān)困難：需要解析，C語言雖然有開源庫，但是由于語言性質(zhì)使用不方便，C++ 反而使用簡單

{
    'SYS':
    {
        'testParam' : 2,
        'testParam2' : 5,
        'tTestParam':
        {
            'testParam' : 2,
            'testParam2' : 5
        }
    }
}
 
//壓縮字符串為：
{'SYS':{'testParam':2,'testParam2':5,'tTestParam':{'testParam':2,'testParam2':5}}}

2.3、鍵值格式

和上述的 JSON 格式很類似，都是鍵值對(duì)的格式，但是比JSON簡單

儲(chǔ)存方式：字符串格式，即文本的形式

優(yōu)點(diǎn)：

擴(kuò)展性好：找到對(duì)應(yīng)鍵值（一般都是該變量的標(biāo)識(shí)），就能找到對(duì)應(yīng)的值

閱讀性好：有標(biāo)識(shí)所以導(dǎo)出參數(shù)文件通過普通的文本文件打開都能看懂

缺點(diǎn)：

內(nèi)存占用較大：內(nèi)容不只有值，而且都按照字符串的形式保存的

使用稍微困難：需要簡單解析處理

管理不變：不方便按照一定的規(guī)則管理各模塊的參數(shù)

2.4 其他

還有其他，如 xml (類似JSON)等，就不多介紹了

3、編譯器檢查結(jié)構(gòu)體的大小和成員變量的偏移

在第 2 節(jié)中介紹了關(guān)于參數(shù)保存的三種方式，但是對(duì)于嵌入式單片機(jī)開發(fā)而言，F(xiàn)lash 大小不富裕，所以通常都是通過二進(jìn)制的形式保存的，所以這節(jié)重點(diǎn)解決結(jié)構(gòu)體管理保存參數(shù)的擴(kuò)展性問題。

先說一下痛點(diǎn)（雖然對(duì)擴(kuò)展性問題做了改進(jìn)措施，除了前面講到的問題，還有其他痛點(diǎn)，雖不算問題，但是一旦出現(xiàn)往往最要命）

在原來的預(yù)留空間中新增參數(shù)，要確保新增后結(jié)構(gòu)體的大小不變，否則會(huì)導(dǎo)致后面的其他參數(shù)偏移，最后升級(jí)設(shè)備后參數(shù)出現(xiàn)異常（如果客戶升級(jí)那就是要命?。?確保第一點(diǎn)，就必須在每次新增參數(shù)都要計(jì)算檢查一下結(jié)構(gòu)體的大小有沒有發(fā)生變化，而且有沒有對(duì)結(jié)構(gòu)體中的其他成員也產(chǎn)生影響

每次新增參數(shù)，手動(dòng)計(jì)算和校驗(yàn) 99% 可以檢查出來，但是人總有粗心的時(shí)候（加班多了，狀態(tài)不好…），且結(jié)構(gòu)體存在填充，一不留神就以為沒問題，提交代碼，出版本（測試不一定能發(fā)現(xiàn)），給客戶，升級(jí)后異常，客戶投訴、扣工資（難啊…） 遇到這種問題后：難道編譯器就不能在編譯的時(shí)候檢查這個(gè)大小或者結(jié)構(gòu)體成員的偏移嗎，每次手動(dòng)計(jì)算校驗(yàn)好麻煩啊，一不留神還容易算錯(cuò) # _ #

按照正常情況，編譯器可不知道你寫的結(jié)構(gòu)體大小和你想要的多大，所以檢查不出來（天啊，崩潰了0.0…）

別急，有另類的方式可以達(dá)到這種功能，在編譯時(shí)讓編譯器為你檢查，而且準(zhǔn)確性 100%（當(dāng)然，這個(gè)添加新參數(shù)時(shí)你還得簡單根據(jù)新增的參數(shù)大小減少預(yù)留的大小，這個(gè)是必須要的）

見代碼：

/**
  * @brief 檢查結(jié)構(gòu)體大小是否符合
  *        在編譯時(shí)會(huì)進(jìn)行檢查
  * @param type 結(jié)構(gòu)體類型
  * @param size 結(jié)構(gòu)體檢查大小
  */
#define TYPE_CHECK_SIZE(type, size) extern int sizeof_##type##_is_error [!!(sizeof(type)==(size_t)(size)) - 1]
 
/**
  * @brief 結(jié)構(gòu)體成員
  * @param type   結(jié)構(gòu)體類型
  * @param member 成員變量
  */
#define TYPE_MEMBER(type, member) (((type *)0)->member)
 
 
/**
  * @brief 檢查結(jié)構(gòu)體成員大小是否符合
  *        在編譯時(shí)會(huì)進(jìn)行檢查
  * @param type 結(jié)構(gòu)體類型
  * @param member 結(jié)構(gòu)體類型
  * @param size 結(jié)構(gòu)體檢查大小
  */
#define TYPE_MEMBER_CHECK_SIZE(type, member, size) extern int sizeof_##type##_##member##_is_error \
    [!!(sizeof(TYPE_MEMBER(type, member))==(size_t)(size)) - 1]
 
 
/**
  * @brief 檢查結(jié)構(gòu)體中結(jié)構(gòu)體成員大小是否符合
  *        在編譯時(shí)會(huì)進(jìn)行檢查
  * @param type 結(jié)構(gòu)體類型
  * @param member 結(jié)構(gòu)體類型
  * @param size 結(jié)構(gòu)體檢查大小
  */
#define TYPE_CHILDTYPE_MEMBER_CHECK_SIZE(type, childtype, member, size) extern int sizeof_##type##_##childtype##_##member##_is_error \
    [!!(sizeof(TYPE_MEMBER(type, childtype.member))==(size_t)(size)) - 1]
 
 
/**
  * @brief 檢查結(jié)構(gòu)體成員偏移位置是否符合
  *        在編譯時(shí)會(huì)進(jìn)行檢查
  * @param type 結(jié)構(gòu)體類型
  * @param member 結(jié)構(gòu)體成員
  * @param value 成員偏移
  */
#define TYPE_MEMBER_CHECK_OFFSET(type, member, value) \
         extern int offset_of_##member##_in_##type##_is_error \
        [!!(__builtin_offsetof(type, member)==((size_t)(value))) - 1]
 
 
/**
  * @brief 檢查結(jié)構(gòu)體成員偏移位置是否符合
  *        在編譯時(shí)會(huì)進(jìn)行檢查
  * @param type 結(jié)構(gòu)體類型
  * @param member 結(jié)構(gòu)體成員
  * @param value 成員偏移
  */
#define TYPE_CHILDTYPE_MEMBER_CHECK_OFFSET(type, childtype, member, value) \
         extern int offset_of_##member##_in_##type##_##childtype##_is_error \
        [!!(__builtin_offsetof(type, childtype.member)==((size_t)(value))) - 1]

通過以上代碼，就能解決這個(gè)問題，這個(gè)寫法只占用文本大小，編譯后不占內(nèi)存?。?！

用法：

假設(shè)新增了參數(shù)，預(yù)留寫錯(cuò)了，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體的大小不符合，則編譯時(shí)報(bào)錯(cuò)，且提示內(nèi)容也能快速定位問題。