【連載】謹以此文，向大家講述振南十多年前入門單片機階段的往事和感悟

大家還記得郭天祥老師書里那個100小時不眠不休，寫代碼到淚流的“程序狂人”嗎？

對，就是他，于振南老師，十年后，與郭天祥老師再度聯(lián)手打造全新課程。

現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上，基本的C語言課程滿天飛，我們現(xiàn)在差不多都在半山腰，歇夠了沒，于老師在嵌C之巔等我們！接下來我們將連載課程，介紹那些大佬背后不為人知的故事！

于老師跟郭老師合照

(相關(guān)資料圖)

致廣大單片機學習者和工程師：

你們所經(jīng)歷的，振南也一樣不落的都經(jīng)歷過。起初對于C語言和單片機學習上的迷茫困惑可能比你們更甚，但是一切都過來了，沒什么能夠真正難倒我們，相信自己！

謹以此文，向大家講述我十多年前入門階段的往事和感悟，以及告訴大家：單片機到底是什么？

為什么很多初學者都被困在C語言與單片機入門基礎(chǔ)的山腳下止步不前，彷徨徘徊？為什么大家在學習上花費了如此大的精力，卻仍然是收效甚微？為什么C語言中的指針就那么難于理解，始終讓人們摸不著頭腦？又為什么看似毫無問題的代碼，燒錄到單片機中運行就是不對？這一切的一切都歸結(jié)于一個根源：對C語言的本質(zhì)和單片機的體系結(jié)構(gòu)與運作機制認識不清！

通過本章，我希望能讓你看穿一切，升華你的整體認知。

此時，你會發(fā)現(xiàn)做單片機和嵌入式開發(fā)是如此簡單，單片機也變得“乖巧”了很多，仿佛一切都變得順暢了，和諧了！

注定墮入單片機05年開始接觸單片機和嵌入式技術(shù)，從此墮入其中，直至今日。這十幾年里經(jīng)歷了很多項目，遇到了無數(shù)技術(shù)點。從一個涉事不深的初學者，成長為了現(xiàn)在還算稱得上是“資深”的工程師。這期間我還辦演著另一個角色—技術(shù)和知識的傳授者和解惑者。我熱衷于這種工程師之間的交流，它時常會帶給我反思、領(lǐng)悟和動力，讓我一直保持追求新技術(shù)新高度的熱情和信念。在交流中，我無數(shù)次的被問到一個問題：“如何才能學好嵌入式C語言和單片機？”我也確實深深感覺到：C語言的掌握程度嚴重制約著單片機和嵌入式工程師的研發(fā)水平。其實，我在硬件方面的研發(fā)水平很大程度上得益于我C語言的扎實基礎(chǔ)和對其深入細致的理解。下面，我結(jié)合我較早期的學習經(jīng)歷和感悟來講一下嵌入式C語言應(yīng)該如何學好（年代可能會有些久遠）。也許，我的經(jīng)歷不易復制，但它作為一種學習方式，大家多少可以借鑒。

引用我啟蒙老師的一句話：“C語言，學得多精都不為過！要學單片機，先學C語言。”

1.1 懵懂好奇的我

性格決定你所能從事的事業(yè)，也決定了你的命運。

我的性格是對新鮮事物有極大的好奇，而且這種好奇會發(fā)展為興趣，并最終狂熱。當我腦子里出現(xiàn)一個新想法，我就會迫不及待地去實現(xiàn)它，而且不看到它最后的樣子，不會輕易放棄，不論成敗都要試試。在我記憶里，我小時候就是這樣的。

有一次我看到一根鐵絲，正好我衣兜里有一個皮筋，于是我就做了一個彈弓。后來一發(fā)不可收拾，我迷上了做彈弓，各種各樣，大大小小。還不乏創(chuàng)新和發(fā)揮，我想到在電影里見過的弩（其實我當時還不知道它叫弩），于是接下來的很長時間我一直在研究如何用鐵絲制造一把弩。最終，弩出現(xiàn)了。原來玩彈弓時的紙子彈被我換成了石子，隨著扳機的扣動，我的屁股也開花了。

上初中的時候，我通過學校開設(shè)的興趣班第一次接觸到計算機，第一次知道了DOS、Windows98、WPS、輸入法這些東西，迅速燃起了對計算機的好奇和興趣。當時我渴望擁有自己的計算機。于是開始天天纏著我爸媽給我買一臺計算機。礙于當時的經(jīng)濟條件，最后家里給我買了一臺學習機。用它可以模擬DOS環(huán)境、練習指法，還有一些簡單的編程，如LOGO、BASIC等。從此，我開始有了最基本的編程意識：程序就是一行行順序執(zhí)行的語句。但是對循環(huán)、條件判斷等比較復雜的東西還不夠熟練，只能說有一個概念。

對計算機的興趣沒有像以往一樣，熱乎一段時間就放下了。我發(fā)現(xiàn)計算機要學的東西非常多，而且它好像一直都在變化出新，這些新的東西又會再一次掀起我的興趣。對計算機的狂熱從上了高中就開始了。長期基于學習機的練習，我的指法已經(jīng)足夠熟練，但是用拼音輸入文字速度太慢，所以我報班學了五筆，一直延用至今（現(xiàn)在每當有人知道我用五筆的時候都會對我投來欽佩的目光）。在一頓軟磨硬泡之下，我擁有了第一臺自己的奔IV電腦，從此我的“折騰”開始了。

平時一有時間就研究VB、軟件加解密、網(wǎng)絡(luò)攻防這些東西，還訂閱了雜志《電腦愛好者》，期期不落。到高考前，我應(yīng)該可以稱得上是半個“業(yè)余電腦專家”了，也已經(jīng)可以使用VB開發(fā)一些小的桌面軟件，比如計算器、小游戲。計算機讓我的好奇心得到了很大的滿足，也使我的創(chuàng)造力得到了施展。

1.2 我的C語言學習經(jīng)歷

基于我對計算機的濃厚興趣，高考報志愿的時候，我四個志愿全部報了計算機專業(yè)，從那時起，注定了我將以計算機為伴、為業(yè)。

原以為進了大學就能馬上接受正統(tǒng)的計算機教育了，其實并不是。計算機專業(yè)一開始并不直接學編程，而是學數(shù)學。我當時比較迷茫，覺得學計算機不教編程，上學有什么用？其實我知道專業(yè)課程安排的用意，計算機科學的基礎(chǔ)是數(shù)學，應(yīng)該先打基礎(chǔ)。但是又有多少學生真正去好好學習這些基礎(chǔ)而枯燥的東西。導致很多人整個大一的寶貴時間都浪費在打游戲上，估計他們已經(jīng)忘了自己為什么要學計算機了。我也怕會變成這樣。

我開始自學很多計算機方面的知識，但是又漫無目的，直到我碰到一個“能人”。據(jù)說他小學開始學計算機，初中已經(jīng)可以獨立開發(fā)軟件，高中時因為開發(fā)了一個網(wǎng)絡(luò)軟件，被某軟件平臺收錄，并評為五星軟件，而被免試特招。他智商高，但似乎情商不是太高，經(jīng)常容易得罪人，有一些讓別人不太舒服的做事風格。有一次我們偶然聊天，他提到國際ACM程序設(shè)計競賽的事情，問我有沒有興趣參加，說已經(jīng)集結(jié)了五六個人，組成小組參加比賽。從此我開始有了動力，開始自學C語言和算法，參加團隊集訓，下載往年競賽題目模擬競技，相互交流經(jīng)驗。當時專業(yè)課還沒有開C語言，但是我們已經(jīng)都是C語言高手了。也許，應(yīng)該在這里放一道ACM競賽的試題給大家解解悶（這是一道陳年老題，感興趣的話可以百度）。

對！ACM試題是全英文的。

圖1.1 國際ACM程序設(shè)計競賽歷屆真題

大二下學期，C語言專業(yè)課開了。很多人并不知道C語言有什么用，帶著迷茫上課、考試、通過，最后忘掉。我開始慢慢深刻感覺到C語言的精妙，它有自己嚴格的語法規(guī)則，但是又不作過多限定，這讓它非常靈活而實用。同一個邏輯功能，可以有很多種C語言的表達方式，它一定程度上體現(xiàn)出了編程者自身的習慣和素養(yǎng)。代碼可以寫得很亂，也可以寫得很優(yōu)雅；可以寫得冗長啰嗦，也可以寫得如蜻蜓點水，幾行了事。但是亂也可以錯落有致，寥寥幾行也可以大顯功底。我意識到C語言沒那么簡單，不僅僅是一門語言而已，它會伴隨我一生，正如后來有人所說的“程序如人生”。

我的性格仍然在發(fā)揮著巨大的作用。隨著不斷的學C語言，用C語言，我開始覺得C語言真的是樂趣多多，如同挖礦，永遠都有那些未曾遍及的角落，永遠都有沒有見過的另類技巧，永遠都有富含創(chuàng)意的智慧的流露。（關(guān)于C語言的技巧，振南專門整理成了一章《C語言的那些技巧與深層理解》，感興趣的讀者可以看一下）

1.3 C語言的頂級賽事

在C語言專業(yè)課上，老師告誡我們：“C語言，學得多精都不為過！”

很多人可能當時并沒有完全理解這句話，但是我卻深深的贊同。后來，我們的ACM參賽組對編程的高漲熱情感染了整個計算機學院，而這位C語言老師，也成為了我們的集訓老師。再后來，我們的舉動，帶動了更多人參加ACM程序設(shè)計競賽，學院、學校、乃至哈爾濱市、黑龍江省、東北三省。最終，國際ACM委員會委任我們學校為國際ACM中國東北賽區(qū)承辦方（南方賽區(qū)承辦方是浙大）。當時，全校到處都掛滿了條幅：“Program Your World!”

關(guān)于ACM程序設(shè)計競賽，當年還有一個關(guān)于浙大的傳奇故事（浙大是當年的ACM世界總冠軍）。我們知道寫程序要經(jīng)歷編程、編譯、查錯修改、再編譯，如此往復，若干次。這個往復的次數(shù)，與程序的難度與程序員的能力有很大關(guān)系。但是要做到所有一次成功，不能說不可能，但是極難！當年浙大參加總決賽，只剩十分鐘，還有最后一道試題。參賽隊員，打開記事本，直接寫代碼，直接提交，一次通過。這件事情，在圈里流傳，也許有夸張的成分。但是，也足以顯示我們與頂尖編程高手之間的巨大差距。

ACM競賽，就是一群瘋狂熱愛計算機和編程的人們，一起正在z做的事情。他們技術(shù)夯實，以不斷獵奇、不斷學習、不斷完成新的目標為最大樂趣。

除了ACM，我私下還在關(guān)注另一個國際編程競賽，IOCCC（國際混亂C代碼大賽，官方網(wǎng)站http://www.ioccc.org/，如圖1.2）。其實很多人都不知道這個比賽，我也是偶然間發(fā)現(xiàn)的。

圖1.2 IOCCC官網(wǎng)歷屆比賽的消息公布

為什么會關(guān)注這樣一個似乎不太正經(jīng)的比賽？它不比算法，也不比代碼的質(zhì)量和風格，而是比誰的代碼最亂，但是亂得要藝術(shù)，要能編譯，要能實現(xiàn)正確的功能，如圖1.3所示代碼。

圖1.3 第24屆IOCCC（2015年）參賽代碼

C語言代碼還能寫得如此任性？它體現(xiàn)了C語言在形式上的靈活性。當然，也不是單純用代碼來畫畫，就能被稱為“亂”的，它有更多更深層的編程技巧。在這里，你可以看到C語言世界的無奇不有，各種揮揮灑灑的編程風格，以及映射出來的代碼背后的那個“高手”。

我對C語言的學習熱情是自始至終的，現(xiàn)在也還是在學習。記得大學時候我們宿舍有一個習慣，就是大考之后的晚上要傾巢出動去網(wǎng)吧包宿。當時流行玩CS，他們聯(lián)網(wǎng)打得熱鬧。但是我對游戲毫無興趣，就窩在一個靠邊的位置上，上網(wǎng)看C語言代碼。當時特別熱衷逛編程網(wǎng)站，比如CSDN、PUDN等，還喜歡把代碼包全下載下來，看看別人的代碼是怎么寫的。看了代碼，就想編譯試試，于是就在網(wǎng)吧的電腦上安裝VC6.0。室友過來看我在干啥，然后就驚呆了：“都考完了，你還在看C語言？”

1.4 岔路口上選擇單片機

接下來，我繼續(xù)學了C++，還有后來的MATLAB、VHDL和Verlog（其實當時對硬件、數(shù)字信號處理和仿真沒什么概念，所以對于后者沒有多少熱情）。在學C++之前，我使用VC6.0已經(jīng)有一定經(jīng)驗了，尤其是MFC（當時有人建議我學.NET，比如C#，或者JAVA，說MFC已經(jīng)過時，說MFC的意思就是Maybe Finally Canceled，即最終會被微軟取消）。在系統(tǒng)學了C++之后，我對MFC（微軟基礎(chǔ)類庫）有了深入的理解，開始閱讀這方面的一些專業(yè)書籍，已經(jīng)可以編寫一些功能復雜的多層級的應(yīng)用軟件了。

到這里，我對編程的學習開始出現(xiàn)瓶頸，感覺到迷茫。C語言，很優(yōu)雅，很強大，它的父集C++，面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ剑梢蚤_發(fā)專業(yè)的桌面軟件。然后呢？似乎其他人用C#或者JAVA，開發(fā)軟件的速度更快，做得更好。優(yōu)雅不能當飯吃，在這種驅(qū)使下，我開始轉(zhuǎn)入C#、JAVA、PHP、JSP、ASP這些上層應(yīng)用級語言的學習，準備努力成為一個出色的軟件工程師。

在這個岔路口上，我遇到了我的啟蒙老師，讓我再一次打開好奇之門，從而走上了單片機和嵌入式技術(shù)的道路。他就是杜撰（化名）：他以年齡最小、學歷最低的身份，代表黑龍江省參加全國“挑戰(zhàn)杯”科技創(chuàng)新大賽，憑自己設(shè)計的“仿生蛇”獲得二等獎。獲獎后，他把相關(guān)技術(shù)全部無償給了國防科大。曾作為“小崔說事”欄目的特邀嘉賓接受專訪。

關(guān)于“杜撰”和我當初進入單片機圈的經(jīng)歷，振南在本書《我與郭天祥的那些事兒》這一章有詳細的描寫。他給我講了很多關(guān)于單片機的事情，當時我對單片機完全不了解，只知道在他的“仿生蛇”里使用了單片機，而且單片機可以用C語言進行編程開發(fā)。單片機可以做出如此強大的東西，它遠比在電腦上寫桌面軟件要有趣的多。正是這一點，深深吸引了我。

“你從51開始學吧，先焊個最小系統(tǒng)，然后點個燈！”

他給了我一個最小系統(tǒng)板和一些配件，還有一個叫《平凡的C51教程》的電子文檔。

“你就在我這學吧，有問題問我就行。”

圖1.4 我的第一個單片機實驗原理圖（摘自《平凡的C51教程》）

我照著圖1.5依葫蘆畫瓢的焊完了我人生中第一個電路板。雖然慘不忍睹，但是經(jīng)杜撰過目之后，評價是“還不錯，能用。”然后，就讓我去學C51。其實我對這個被稱為“最小系統(tǒng)”的電路為什么要用到這些元件，為什么要焊成這樣，完全沒有概念。帶著諸多的迷惑不解開始了我的單片機C語言學習之旅，讓我開始慢慢明白了C語言課上老師說的“C語言是最貼近硬件的高級語言”這句話。

1.5 窗戶紙破了

C語言，不論是變量、函數(shù)，還是分支循環(huán)，乃至于算法，哪怕是最復雜的算法，這一切的體質(zhì)都是CPU內(nèi)核的指令執(zhí)行和訪存操作（RAM和ROM）。這是起初我對C語言的理解。那如何讓C語言去操控硬件產(chǎn)生物理效果呢？當時讓我百思不得其解的是C語言是軟件，發(fā)光二極管是物理上的硬件，軟件是如何能夠影響到物理世界的呢？小到點燈；大到“仿生蛇”產(chǎn)生一系列的動作；更大的比如控制火箭發(fā)動機點火。這曾經(jīng)是我入門階段無法逾越的一條思維鴻溝。

sfr P1=0x80;

void main(void){P1=0x55;While(1);}

這是我親手寫過的第一個嵌入式C語言代碼。它為我第一次揭示了C語言與硬件之間的交互方式—特殊功能寄存器（Special Function Register）。

register在標準C語言中是一個修飾符。一個變量在定義的時候如何加入這個修飾符，編譯器便不會把它分配在內(nèi)存里，而是直接放在CPU內(nèi)部寄存器里。它的目的是為了加快變量的訪問速度，尤其是那些需要被頻繁訪問的變量。

register int i;register int sum=0;

for(i=1;i<=100;i++){sum+=i;}

上面這段代碼（計算1到100的和）的執(zhí)行效率就比沒有register要高。

51單片機中的SFR本質(zhì)上也是一些隨機存儲單元，它們的訪問速度很快（與CPU之間采用直接尋址）。但其又有特殊之處，它們都是一些電路（片內(nèi)外設(shè)）的門戶出入口。向這些寄存器寫入數(shù)值，會直接影響相關(guān)電路的運行和輸出。

51單片機的C語言中，為這些有特殊功能的寄存器，專門增加了一個修飾符—SFR。由它定義的標識（類似變量名），是可以訪問到相應(yīng)的特殊功能寄存器的，即片內(nèi)外設(shè)電路的出入口，從而達到控制電路的目的。諸多的電路，具有各自的功能，它們紛紛留出寄存器接口，形成一系列的SFR。通過CPU統(tǒng)一調(diào)配、有機控制，最終就可以完成復雜而有序的各種功能。這就是單片機，乃至于更高端的嵌入式CPU，如ARM、DSP等均采用的運作機理。而這些電路，連同CPU內(nèi)核，還有存儲器，當然還有連接它們之間的總線，被塑封在一起（即封裝），再把電路（片內(nèi)外設(shè)）的相關(guān)外部信號通過引腳引出，這就是我們所看到的單片機芯片了。其實它就是一個完整的計算機。這大大拓寬了我起初對計算機認識的范疇：凡是擁有獨立計算能力，具備輸入輸出和存儲功能的設(shè)備都可以稱為計算機。從某種意義來說，算盤就是最原始的計算機，雖然它很大程度上依賴人的操作和輔助。

一直困惑我的謎霧終于變得清晰了。捅破了這層C語言軟件與硬件之間的窗戶紙，讓我看清了硬件和嵌入式系統(tǒng)的本質(zhì)。我覺得在硬件上，我將可以發(fā)揮更大的創(chuàng)造力。興趣的泛濫再一次一發(fā)不可收拾。

基于我在C語言方面的扎實基礎(chǔ)和深入的理解，我對單片機的學習也較為順利。

理解了51單片機的SFR，很多東西便變得簡單了。對“C語言，學得再精也不為過！”這句話有了更深的認識：C語言不光是一門語言，它影射出了整個計算機體系的運作機制，每當硬件出現(xiàn)進步，甚至是革命的時候，C語言必定會隨之進化。（大家可以看一下GCC編譯器的迭代歷程，基本上就是主流編程語言衍化的寫照）

我們不應(yīng)再為C語言如何操控硬件而產(chǎn)生疑惑，因為從我們使用C語言寫下第一行代碼的那一刻起，其實我們就已經(jīng)在操控硬件了（內(nèi)存訪問、數(shù)據(jù)傳送、CPU執(zhí)行就是硬件行為）。

下一節(jié)，看透單片機！

歷時籌備一年，于振南老師結(jié)合多年實戰(zhàn)經(jīng)驗，全新系統(tǒng)性的打造了一套課程《十天登頂嵌入式C語言之巔（高手C）》，一共100講，總課時2000多分鐘，為我們解密了很多嵌入式C語言中你所不知道、經(jīng)常出錯的問題。

希望這套課程，可以讓那些已經(jīng)入門C語言，還在【半山腰】徘徊的人們，能夠再提升一個層次，最終登頂嵌入式C語言之巔峰！！

課程7月底更新完之后恢復原價1299元，6.18日-6月20日進行三天活動，特惠499元，感興趣的同學可以在下面海報掃碼先去看看免費章節(jié)，今晚再行入手！轉(zhuǎn)發(fā)下面海報到微信群或朋友圈，可以找老宇哥返現(xiàn)69元！

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