【嵌入式开发学习】第3天：结构体 + 函数（嵌入式代码封装核心）

核心目标：掌握结构体（打包硬件相关数据 / 配置）和函数（复用驱动代码），完成 2 个嵌入式场景实操，理解两者在 “简化代码、统一管理” 中的核心作用 —— 这是后续写外设驱动、系统初始化的基础。

一、结构体：嵌入式中 “打包相关数据” 的工具（50 分钟）

嵌入式开发中，硬件的 “配置参数”“采集数据” 往往是相关联的（比如传感器的采样率、地址、采集值），结构体就是把这些 “相关数据” 打包成一个整体，避免变量混乱。

1. 结构体的定义与命名（嵌入式习惯）

定义格式：struct 结构体名 { 成员1类型成员1名; 成员2类型成员2名; ... };
嵌入式命名习惯：结构体名首字母大写，成员名延续 “见名知意” 缩写（比如传感器配置结构体叫TempSensorCfg，Cfg是Configuration的缩写）。

示例（温度传感器配置 + 数据结构体）：

// 定义“温度传感器”结构体：打包配置参数和采集数据
struct TempSensorCfg {
    int cfg_samplerate;  // 采样率（cfg=配置，samplerate=采样率）
    int cfg_addr;        // 传感器I2C地址（addr=地址）
    int raw_data;        // 单次采集原始数据
    float real_data;     // 单次校准后温度
};

2. 结构体的使用（3 个核心步骤）

声明结构体变量：struct TempSensorCfg sensor1;（创建一个名为 sensor1 的传感器实例）
给成员赋值（2 种方式）：
- 逐个赋值：sensor1.cfg_samplerate = 10;（采样率 10 次 / 秒）、sensor1.cfg_addr = 0x48;（I2C 地址 0x48）
- 初始化赋值：struct TempSensorCfg sensor1 = {10, 0x48, 256, 27.6};（按成员顺序赋值）
访问成员：用.运算符，sensor1.raw_data 就是访问 sensor1 的原始数据成员。

3. 嵌入式场景意义

替代多个独立变量：比如不用定义samplerate1、addr1、raw1、real1，用一个结构体sensor1统一管理，代码更清晰。
方便批量处理：如果有多个传感器（sensor1、sensor2），每个都包含完整配置和数据，后续用数组或指针管理更高效。

二、实操 1：用结构体管理传感器数据（30 分钟）

模拟 “单个温度传感器” 的配置、数据采集和校准，用结构体打包所有相关信息：

#include <stdio.h>

// 定义温度传感器结构体（打包配置+数据）
struct TempSensorCfg {
    int cfg_samplerate;  // 采样率（次/秒）
    int cfg_addr;        // I2C地址（嵌入式中传感器地址常用十六进制）
    int raw_data;        // 原始采样值
    float real_data;     // 校准后温度
};

int main(void)
{
    // 声明并初始化结构体变量（传感器1）
    struct TempSensorCfg sensor1 = {
        .cfg_samplerate = 10,  // 显式赋值（推荐，顺序可打乱）
        .cfg_addr = 0x48,
        .raw_data = 259
    };
    
    // 计算校准后温度（沿用之前的公式）
    sensor1.real_data = (sensor1.raw_data / 10.0) + 2;
    
    // 打印传感器信息（嵌入式中可通过串口输出）
    printf("传感器I2C地址：0x%X\n", sensor1.cfg_addr);  // 0x%X以十六进制显示地址
    printf("采样率：%d次/秒\n", sensor1.cfg_samplerate);
    printf("原始数据：%d\n", sensor1.raw_data);
    printf("校准后温度：%.1f℃\n", sensor1.real_data);
    
    while(1);
    return 0;
}

运行结果：会依次输出传感器的地址、采样率、原始数据和校准温度。
重点：.cfg_samplerate = 10 是嵌入式常用的 “显式初始化”，即使成员顺序变了，赋值也不会错，比按顺序赋值更稳健。

三、函数：嵌入式中 “复用代码” 的核心（50 分钟）

嵌入式开发中，很多逻辑会重复使用（比如温度校准、传感器初始化），把这些逻辑写成函数，每次用的时候直接调用，不用重复写代码 —— 既节省内存，又方便修改（比如校准公式变了，只改函数即可）。

1. 函数的定义与嵌入式常用格式

定义格式：返回值类型函数名(参数类型参数名) { 函数体; return 返回值; }
嵌入式核心原则：
- 函数名用 “动词 + 名词”（比如calc_real_temp：计算真实温度），见名知意。
- 优先用 “指针参数” 传递大数据（比如结构体），避免拷贝浪费内存。
- 避免复杂逻辑：函数内部尽量简洁，一个函数只做一件事（比如校准函数只负责计算，不负责打印）。

2. 嵌入式常用函数类型（2 种核心）

有参数、有返回值（比如温度校准函数）：

// 功能：输入原始数据，返回校准后温度
float calc_real_temp(int raw) {
    return (raw / 10.0) + 2;  // 校准逻辑封装
}

指针参数（传递结构体，修改内部数据）：

// 功能：初始化传感器配置（通过指针修改结构体成员）
void init_sensor(struct TempSensorCfg *sensor) {
    sensor->cfg_samplerate = 10;  // 指针访问结构体成员用“->”，而非“.”
    sensor->cfg_addr = 0x48;
    sensor->raw_data = 0;  // 初始化原始数据为0
}

关键细节：指针访问结构体成员时，用 -> 替代 .（比如 sensor->cfg_addr 等价于 (*sensor).cfg_addr），是嵌入式高频写法。

四、实操 2：用函数封装传感器初始化 + 温度校准（40 分钟）

把实操 1 的逻辑拆分成 “初始化函数” 和 “校准函数”，模拟嵌入式中 “代码复用” 的场景：

#include <stdio.h>

// 1. 定义结构体
struct TempSensorCfg {
    int cfg_samplerate;
    int cfg_addr;
    int raw_data;
    float real_data;
};

// 2. 函数1：初始化传感器（指针参数，修改结构体）
void init_sensor(struct TempSensorCfg *sensor) {
    sensor->cfg_samplerate = 10;
    sensor->cfg_addr = 0x48;
    sensor->raw_data = 0;  // 初始化为0，后续由硬件采集填充
}

// 3. 函数2：校准温度（有参数、有返回值）
float calc_real_temp(int raw) {
    return (raw / 10.0) + 2;  // 校准逻辑封装，后续修改只需改这里
}

int main(void)
{
    struct TempSensorCfg sensor1;
    
    // 调用初始化函数：传入结构体地址（&sensor1）
    init_sensor(&sensor1);
    
    // 模拟硬件采集数据（实际开发中由ADC接口读取）
    sensor1.raw_data = 262;
    
    // 调用校准函数：传入原始数据，返回校准后温度
    sensor1.real_data = calc_real_temp(sensor1.raw_data);
    
    // 打印结果
    printf("传感器初始化完成，地址：0x%X\n", sensor1.cfg_addr);
    printf("采集原始数据：%d\n", sensor1.raw_data);
    printf("校准后温度：%.1f℃\n", sensor1.real_data);
    
    // 复用函数：如果有第二个传感器，直接调用即可
    struct TempSensorCfg sensor2;
    init_sensor(&sensor2);
    sensor2.raw_data = 253;
    sensor2.real_data = calc_real_temp(sensor2.raw_data);
    printf("\n传感器2校准后温度：%.1f℃\n", sensor2.real_data);
    
    while(1);
    return 0;
}