【面试笔记】嵌入式软件工程师，汽车电子软件相关

在这里插入图片描述

文章目录

1. C语言基础
2. MCU相关
3. 汽车电子软件

1. C语言基础

1.1 const

修饰变量
只可访问，不可重新赋值。

const int MAX_VALUE = 100;

void printValue(const int value);

修饰指针

限制指向位置

const int *ptr;

限制指向数据

const int *const ptr;

1.2 static

静态变量
使用 static 关键字声明静态变量时，变量的生命周期会延长到整个程序运行期间，而不仅仅局限在其定义的作用域内。静态变量在第一次被赋值时初始化，并且保留其值直到程序结束。

静态全局变量
使用 static 关键字在全局作用域中声明的变量具有静态存储持续时间，但是其作用域被限制在声明该变量的源文件内。这使得该变量对其他源文件不可见，可以防止命名冲突。

静态函数
使用 static 关键字声明静态函数时，该函数仅在声明所在的源文件中可见，即它具有内部链接性。静态函数的作用域仅限于声明所在的源文件。这种方式可以避免与其他源文件中的同名函数产生冲突。

1.3 回调函数的用法

用于在函数执行过程中调用另一个函数。回调函数允许我们向一个函数传递另一个函数的地址，从而在需要时执行特定的操作。回调函数通常用于事件处理、异步编程、库函数的扩展等场景。

定义回调函数
首先定义一个函数作为回调函数，其函数原型应与回调的要求相匹配。例如：

void callbackFunction(int result) {
    printf("Callback result: %d\n", result);
}

在函数中注册回调函数
在需要的地方将回调函数注册进目标函数中，通常通过函数指针实现。例如：

void performOperation(void (*callback)(int)) {
    int result = 100; // 模拟操作结果

    // 执行操作...

    // 调用回调函数
    callback(result);
}

调用包含回调函数的函数
最后调用包含回调函数的函数，将回调函数的地址传递给要调用的函数。例如：

int main() {
    performOperation(callbackFunction); // 注册回调函数
    return 0;
}

在这个示例中，performOperation 函数执行某个操作后调用了注册的回调函数 callbackFunction，并将结果传递给回调函数进行处理。

通过回调函数，我们可以实现灵活的程序设计，允许函数根据不同情况来调用不同的操作，增加了程序的可扩展性和可重用性。当需要在函数执行过程中动态切换功能时，回调函数是一个非常有用的工具。

使用回调函数有以下一些好处：

灵活性和可扩展性
回调函数提供了一种灵活的机制，使得代码可以在不同的场景中进行定制和扩展。通过将特定的功能封装在回调函数中，可以根据需要动态地更改或添加行为，而无需修改主函数的逻辑。
解耦和模块化
回调函数有助于将不同的功能模块分离，使代码更具有模块化和可维护性。主函数可以专注于其核心逻辑，而将特定的任务委托给回调函数来处理。这样可以提高代码的可读性和可重用性。
异步处理和事件驱动
回调函数常用于异步操作或事件驱动的场景中。例如，在异步 I/O 操作完成或特定事件发生时，可以通过回调函数来处理相应的逻辑。这有助于提高程序的并发性和响应性。
定制性和扩展性
回调函数允许用户提供自己的自定义逻辑，以满足特定的需求。这使得程序可以更好地适应各种不同的用例和业务逻辑。
代码复用
回调函数可以作为可复用的模块，在多个地方被调用，从而减少代码冗余。

需要注意的是，在使用回调函数时，要确保正确处理回调函数的参数和返回值，并注意线程安全等问题。合理使用回调函数可以提高代码的灵活性和扩展性，但也需要谨慎设计和管理，以避免引入复杂度过高或难以调试的问题。

1.4 宏定义

在 C 语言中，宏定义是一种预处理器指令，用于在编译阶段进行文本替换。它允许你定义一个标识符（通常是一个宏名），并将其与一个特定的文本表达式或代码块关联起来。当在代码中使用该宏名时，编译器会将其替换为相应的文本。
宏定义的常见用法和好处包括：

常量定义
使用宏定义可以创建常量，例如定义一些具有特定值的常量，以增强代码的可读性和可维护性。
代码简化和抽象
宏定义可以用于简化复杂的表达式或代码块，使其更易于阅读和理解。例如，将常用的计算或操作封装在宏中，以便在多个地方重复使用。
条件编译
通过宏定义可以实现条件编译，根据不同的条件编译不同的代码块。这对于处理不同平台、版本或配置的情况非常有用。
代码移植性
宏定义可以帮助提高代码的可移植性。例如，可以使用宏来定义平台特定的代码或处理不同编译器的差异。
提高性能
在一些情况下，宏定义可以提供一定的性能优势，特别是对于一些简单的计算或操作。
例如，以下是一个简单的宏定义示例：

#define MAX_SIZE 100

在上面的示例中，MAX_SIZE 是一个宏名，100 是它关联的文本。在代码中使用 MAX_SIZE 时，它将被替换为 100。
需要注意的是，宏定义也有一些潜在的问题和限制：

宏展开问题
宏在编译时会进行文本替换，可能会导致一些意外的副作用，例如嵌套宏展开、参数求值顺序等问题。
缺乏类型检查
宏不进行类型检查，可能会导致在使用时出现类型不匹配或其他错误。
可读性问题
过度使用宏可能会使代码变得难以理解，特别是当宏的定义和使用变得复杂时。

因此，在使用宏定义时，应该谨慎考虑，并确保其使用不会导致代码的可读性和可维护性下降。在一些情况下，使用函数或其他语言特性可能是更好的选择。

1.5 编译、链接过程

在这里插入图片描述
预处理
根据以字符#开头的命令修饰的main.c的C源文件，生成预处理后的C源文件 main.i。
该过程主要进行文本替换、宏展开、删除注释等工作。
对应的gcc命令：

gcc -E main.c main.i

编译
编译器将文本文件main.i翻译(编译)成汇编文件main.s
对应的gcc命令：

gcc -S main.i mian.s

汇编
编译器将main.s翻译成机器语言指令，并把这些指令打包成一种可重定位目标程序的格式，并将结果保存在目标文件main.o中

把一个源文件翻译成目标程序的工作过程分为五个阶段：词法分析、语法分析、语义检查和中间代码生成。主要是进行词法分析和语法分析，又称为源程序分析，分析过程中发现语法错误并给出提示信息。
对应的gcc命令：

gcc -c main.s mian.o

链接
该过程编译器将静态库和动态库的库函数链接到可执行程序中。
静态库是指编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时就不在需要库文件了，其后缀一般为.a。
动态库则是在程序运行时被链接加载，这样可以节省系统的开销，其后缀一般为.so，gcc在编译时默认使用动态库。

1.6 堆与栈的区别？

请添加图片描述

栈空间是系统自动分配和回收，堆的空间是用户手动分配回收的；
栈空间较小，堆空间较大；
栈的地址空间向下生长，堆则向上生长；
栈的存储效率更高。
参考：栈和堆，以STM32为例说明

1.7 简单的字符串算法题，C语言实现

1.7.1 给定一个字符串，按顺序筛选出不重复的字符组成字符串，输出该字符串

参考示例：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

void removeDuplicates(char *str) {
    int len = strlen(str);
    if (len < 2) return;

    int tail = 1;
    for (int i = 1; i < len; ++i) {
        int j;
        for (j = 0; j < tail; ++j) {
            if (str[i] == str[j]) break;
        }
        if (j == tail) {
            str[tail] = str[i];
            ++tail;
        }
    }
    str[tail] = '\0'; //此处是关键
}

int main() {
    char str[100];
    printf("Enter a string: ");
    scanf("%s", str);

    removeDuplicates(str);

    printf("String with duplicates removed: %s\n", str);

    return 0;
}

测试结果：

Enter a string: asbdssjikSNjs78137!@#ssa00smk
String with duplicates removed: asbdjikSN7813!@#0m

1.7.2 给定4*4矩阵，回文打印输出

参考示例：

#include <stdio.h>

#define ROWS 4
#define COLS 4

void printClockwise(int matrix[ROWS][COLS]) {
    int top = 0, bottom = ROWS - 1, left = 0, right = COLS - 1;

    while (top <= bottom && left <= right) {
        // Print top row
        for (int i = left; i <= right; ++i)
            printf("%d ", matrix[top][i]);
        top++;

        // Print right column
        for (int i = top; i <= bottom; ++i)
            printf("%d ", matrix[i][right]);
        right--;

        // Print bottom row
        if (top <= bottom) {
            for (int i = right; i >= left; --i)
                printf("%d ", matrix[bottom][i]);
            bottom--;
        }

        // Print left column
        if (left <= right) {
            for (int i = bottom; i >= top; --i)
                printf("%d ", matrix[i][left]);
            left++;
        }
    }
}

int main() {
    int matrix[ROWS][COLS] = {
        {1, 2, 3, 4},
        {5, 6, 7, 8},
        {9, 10, 11, 12},
        {13, 14, 15, 16}
    };

    printf("Clockwise printing of the matrix:\n");
    printClockwise(matrix);

    return 0;
}

测试结果：

Clockwise printing of the matrix:
1 2 3 4 8 12 16 15 14 13 9 5 6 7 11 10

参考：算法11：顺时针转圈打印矩阵

1.8 字节对其

【问题】32位系统，一个结构体中，成员依次是char、short、int、char类型，问这个结构体总共占多少字节？
回答这个问题需要深刻理解结构体所占空间的分布：

|char |-----|short|short|4字节
|int  |int  |int  |int  |4字节
|char |-----|-----|-----|4字节

所以，该结构体共占12字节

测试代码：

#include <stdio.h>

struct TMP{
    char a;
    short b;
    int c;
    char d;
};

int main(void) {
    printf("size = %d", sizeof(struct TMP));
    return 0;
}

总结：

结构体成员占位是其自身类型长度的整数倍
结构体整体需要对齐，目标对齐长度的整数倍

2. MCU相关

2.1 MCU的启动过程描述

参考STM32的启动过程 — startup_xxxx.s文件解析（MDK和GCC双环境）

2.2 MCU的内存布局

在这里插入图片描述

参考：

2.3 使用volatile关键字的作用？

硬件寄存器操作
单片机通常与硬件设备交互，硬件寄存器的值可能会在硬件事件的触发下发生改变。通过将访问硬件寄存器的变量声明为 volatile，可以告诉编译器不要对该变量进行优化，以确保每次访问都能获取到最新的寄存器值。
共享变量
在多线程或中断处理程序中，多个执行路径可能同时访问和修改同一个变量。将这样的共享变量声明为 volatile，可以确保编译器生成的代码正确地处理变量的读和写，避免出现竞态条件等问题。
中断服务程序
中断服务程序可能会修改一些全局变量，而这些变量在主程序中也会被访问。将这些变量声明为 volatile，可以保证中断服务程序对变量的修改能及时反映到主程序中。
实时性要求高的代码
在一些对实时性要求较高的场景中，使用 volatile 可以确保关键变量的访问不会被编译器优化掉，从而保证代码的实时性。

通过使用 volatile，可以帮助编译器生成更准确的代码，避免一些由于变量的不确定性导致的问题。然而，具体的应用场景和使用方法可能会因单片机的类型、编译器的特性以及项目的需求而有所不同。在实际编程中，还需要根据具体情况进行适当的测试和调试。