引言
    8051內(nèi)核單片機是一種通用單片機,，在國內(nèi)占有較大的市場份額,。在將C語言用于51內(nèi)核單片機的研究方面，Keil公司做得最為成功,。由于51內(nèi)核單片機的存儲結(jié)構(gòu)的特殊性,，Keil C51中變量的使用與標(biāo)準(zhǔn)C有所不同。正確地使用變量,，有利于獲得高效的目標(biāo)代碼,。下面詳細(xì)介紹Keil C51中變量的使用方法。

1 CPU存儲結(jié)構(gòu)與變量的關(guān)系
    變量都需要有存儲空間,，存儲空間的不同使得變量使用時的工作效率也不同,。
    標(biāo)準(zhǔn)C的典型運行環(huán)境是8086(含IA-32系列)內(nèi)核，其存儲結(jié)構(gòu)是CPU內(nèi)部有寄存器,，外部有存儲器,，寄存器的訪問速度大大高于存儲器的訪問速度。在標(biāo)準(zhǔn)C中,，不加特別定義的變量是放在存儲器中的,，使用register可以強制變量存儲在寄存器中，對于使用特別頻繁且數(shù)量不多的變量可以選用這種存儲模式,，以獲得更高的工作效率,。
    相比之下，51內(nèi)核單片機的存儲結(jié)構(gòu)則顯得有些怪異,，它的存儲空間有3個：程序存儲器空間(64 KB含片內(nèi),、片外),、片外數(shù)據(jù)存儲器空間(64KB)、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器及特殊功能寄存器空間,。它沒有真正意義上的寄存器,，它的寄存器其實是片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(如R0～R7)和特殊功能寄存器(如A、B等)中的一部分,。因此,，在Keil C51中使用變量就和標(biāo)準(zhǔn)C有很大不同。

2 Keil C51變量分析
    Keil C51支持標(biāo)準(zhǔn)C原有的大多數(shù)變量類型,，但為這些變量新增了多種存儲類型,，也新增了一些標(biāo)準(zhǔn)C沒有的變量。
2．1 Keil C51新增的變量存儲類型
    Keil C51中定義變量的格式如下：
    [存儲種類]數(shù)據(jù)類型[存儲類型]變量名表,；
    其中,，[存儲類型]是標(biāo)準(zhǔn)C中沒有的，[存儲類型]共有6種,，分別介紹如下：
    ①data,。將變量存儲在片內(nèi)可直接尋址的數(shù)據(jù)存儲器中。使用這種存儲模式,，目標(biāo)代碼中對變量的訪問速度最快,。
    ②bdata。將變量存儲在片內(nèi)可位尋址的數(shù)據(jù)存儲器中,。在目標(biāo)代碼中變量可以方便地進(jìn)行位處理,，在不進(jìn)行位處理時與data相同。
    ③idata,。將變量存儲在片內(nèi)間接尋址的數(shù)據(jù)存儲器中,。在52內(nèi)核中，當(dāng)片內(nèi)直接尋址數(shù)據(jù)存儲器不夠用時,，可以使用128字節(jié)間接尋址數(shù)據(jù)存儲器,，訪問速度一般較data要慢一些，但具有最大的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間,；在51內(nèi)核中因無單獨的間接尋址數(shù)據(jù)存儲器區(qū),，idata與data無區(qū)別。
    ④xdata,。將變量存儲在片外數(shù)據(jù)存儲器中,。目標(biāo)代碼中只能使用“MOVX A，@DPTR”和“MOVX@DPTR,，A”指令訪問變量,，訪問速度最慢，但存儲空間最大(64KB),。
    ⑤pdata,。將變量存儲在片外數(shù)據(jù)存儲器中的第一頁(00H～FFH)中,。目標(biāo)代碼中可以使用“MOVX A，@Ri”和“MOVX@Ri,，A”指令訪問變量,，訪問速度與xdata相同，存儲空間為256字節(jié),。
    ⑥code,。將變量存儲在程序存儲器中。目標(biāo)代碼中只能使用MOVC指令訪問變量,，因變量存儲在程序存儲器中,，具有非易失性且為只讀。
2．2 Keil C51新增的指針變量存儲類型
    Keil C51中的指針變量形式如下：
    數(shù)據(jù)類型[數(shù)據(jù)存儲類型]*[指針存儲類型]標(biāo)識符,；
    其中,，[數(shù)據(jù)存儲類型]和[指針存儲類型]都是標(biāo)準(zhǔn)C中沒有的。[數(shù)據(jù)存儲類型]定義數(shù)據(jù)(即尋址對象)存儲的空間,，[指針存儲類型]定義指針自身存儲的空間,。若不使用[數(shù)據(jù)存儲類型],，則指針為一般指針,，占用3個字節(jié)；若使用[數(shù)據(jù)存儲類型]則指針為基于存儲器的指針,，占用1～2個字節(jié),。
2．3 Keil C51新增的變量類型
    bit：位變量。存儲在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的可位尋址字節(jié)(20H～2FH)的某個位上,，這個變量在實時控制中具有很高的實用價值,。
    sfr：特殊功能寄存器變量。存儲在片內(nèi)特殊功能寄存器中,，用來對特殊功能寄存器進(jìn)行讀寫操作,。
    sbit：特殊功能寄存器位變量。存儲在片內(nèi)特殊功能寄存器的可位尋址字節(jié)(地址可以被8整除者)的某個位上,，用來對特殊功能寄存器的可位尋址位進(jìn)行讀寫操作,。
    sbitl6：16位特殊功能寄存器變量。存儲在片內(nèi)特殊功能寄存器的連續(xù)2個字節(jié)的低地址上,，這個變量類型很少使用,。
以上這些Keil C51中新增的變量類型，不支持?jǐn)?shù)組和指針操作,。

3 Keil C51中使用變量存儲模式的必要性
    在Keil C51中,，變量的存儲模式是一個可選項，如果不使用這個選項,，則Keil C51在編譯時自動進(jìn)行優(yōu)選分配,。但這種處理方法有以下缺點：
    ①系統(tǒng)不知道各種變量的使用頻度,，有可能對使用頻度高的變量使用了訪問速度慢的片外存儲方式，而對使用頻高的變量使用了片內(nèi)存儲方式,，使得程序的運行效率降低,；
    ②在使用指針尋址時，由于不知道尋址對象的存儲方式,，只好使用一般指針,，在Keil C51中一般指針要多占用1～2個字節(jié)，并且使用時還要對存儲方式進(jìn)行判斷,，增加了尋址操作時間,。
    如果能夠在定義變量的同時定義其存儲類型，可以高效地使用51內(nèi)核單片機的存儲空間,，獲得高質(zhì)量的目標(biāo)代碼,。

4 Keil C51變量的使用方法
4．1 全局變量和靜態(tài)局部變量
    全局變量一般會在多個函數(shù)中被使用，并在整個程序運行期間內(nèi)有效,，靜態(tài)局部變量雖然只在一個函數(shù)中使用,，但也是在整個程序運行期間有效。對于這些變量,，應(yīng)盡量選擇data型,，這樣在目標(biāo)代碼中就可以用直接尋址指令訪問，獲得最高的訪問速度,，提高程序的工作效率,。例如一個保存人數(shù)的全局變量n_g，在多個函數(shù)中都被經(jīng)常用到,，可以這樣定義：
    unsigned int data n_g,；／／對n_g賦值時使用“MOV XXH，……”指令
4．2 數(shù)組(包括全局和局部)
    定義數(shù)組一般用idata存儲類型,，在目標(biāo)代碼中使用“MOV@Ri”指令進(jìn)行間接尋址,。如果因數(shù)組元素過多而在編譯時報錯，可以改用pdata和xdata存儲類型,。
    數(shù)組定義為data存儲類型意義不大,，因為既然使用數(shù)組，就是希望能夠根據(jù)某一自變量訪問數(shù)組元素,。如定義X[100],，一般都是為了能夠使用X[i](i是一個變量)來訪問，這樣在目標(biāo)代碼中就必須使用問接尋址,，所以數(shù)組沒有必要使用data存儲類型,，即便使用了data存儲類型，在目標(biāo)代碼中也仍然要用間接尋址指令,。數(shù)組定義成idata存儲類型,，在使用52內(nèi)核且片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器不夠時,，會使用只能間接尋址的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲空間。這樣,，既不能降低處理速度,，又?jǐn)U大了可使用的存儲空間。
4．3 供查表用的數(shù)據(jù)
    這類數(shù)據(jù)的特點是需要始終保持不變,，且使用時只讀,，因此應(yīng)定義為code型。例如一個字形表：
   
    全局或局部code型變量在存儲時無區(qū)別,。
4．4 非靜態(tài)局部變量
    非靜態(tài)局部變量僅在某一函數(shù)內(nèi)使用,，退出該函數(shù)時變量也被釋放。
    若系統(tǒng)使用small存儲模式,，對于這些變量可以不加存儲說明,，由編譯軟件自行按最優(yōu)原則決定，因為僅在函數(shù)內(nèi)使用的非靜態(tài)局部變量,，有可能使用工作寄存器R0～R7,，這樣會更快速和更節(jié)省存儲空間。例如：
    unsigned char i,，j,； ／／系統(tǒng)盡可能會用R0～R7存儲i和j
    若系統(tǒng)使用了compact或large存儲模式，則應(yīng)將這些變量定義為data存儲模式,，以防系統(tǒng)自行決定時被定義為pdagta或xdata模式而降低工作效率,。
4．5 指針
    如前所述,，定義指針變量時有2個存儲類型：數(shù)據(jù)存儲類型,，說明被尋址對象的存儲類型；指針存儲類型,，說明指針自身的存儲類型,。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲類型為xdata時，指針自身占用2個字節(jié),；當(dāng)數(shù)據(jù)存儲類型為pdata以及idata等片內(nèi)存儲類型時,，指針自身占用1個字節(jié)；若不說明數(shù)據(jù)存儲類型,，指針自身就要占用3個字節(jié),。因此，在KeilC51中使用指針時,，應(yīng)盡量定義數(shù)據(jù)存儲類型,，但要特別注意指針中的數(shù)據(jù)存儲類型與被尋址對象的存儲類型必須一致。指針都是頻繁使用的,，它要不斷被設(shè)置,、修改和使用,，因此它自身的存儲類型應(yīng)選擇data型。例如定義一個數(shù)組時就同時定義其存儲類型,，以后用指針對其尋址時就將數(shù)組的存儲類型添加到指針的數(shù)據(jù)類型中,。方法如下：
   
4．6 二義性變量
    在標(biāo)準(zhǔn)C中如果要使用一個二義性變量，只能用枚舉類型,。如：
   
    以上程序在Keil C51中使用時,，變量t雖然僅有0和1兩種狀態(tài)，但在目標(biāo)代碼中仍占用一個字節(jié),。此處理方法既浪費存儲資源,，又延長了處理時間，這對于8086內(nèi)核算不上多大問題,，但在資源有限,、運行速度不高的51內(nèi)核中就不能不考慮了。在Keil C51中可使用以下方法：
   
    這兩種方式效果是完全相同的,，但在目標(biāo)代碼中變量t僅占用1位(即1／8字節(jié)),，而且因為51內(nèi)核單片機指令系統(tǒng)中有位處理指令，生成的目標(biāo)代碼占用內(nèi)存少,、運行速度快,。
4．7 特殊功能寄存器變量(包括位變量)
    特殊功能寄存器中，累加器A,、寄存器B,、堆棧指針SP和數(shù)據(jù)指針DPTR是歸系統(tǒng)使用的，在C51中不提供給用戶,。其他的特殊功能寄存器都可以用sfr定義成變量,，其中地址可以被8整除者的各位，還可以用bsfr定義成位變量,。訪問這些變量,，就可以對特殊功能寄存器及其可以位尋址的各位進(jìn)行讀寫，達(dá)到操作單片機內(nèi)部各硬件的目的,。對于標(biāo)準(zhǔn)的51內(nèi)核單片機,，頭文件reg51．h、reg52．h或其他頭文件中已對這些特殊功能寄存器變量作了定義,，用戶可以用#include將此頭文件包含進(jìn)來,，然后就可以使用了。現(xiàn)在很多51內(nèi)核兼容型單片機擴(kuò)展了更多的特殊功能寄存器,，這些就需要用戶自行定義,，具體方法可參考器件的使用說明。
4．8 外部數(shù)據(jù)存儲器變量
    若設(shè)置成pdata和xdata存儲類型，將把變量存儲在片外數(shù)據(jù)存儲器中,。這兩種存儲類型的訪問速度最慢,，非迫不得已不要使用。在使用這兩種存儲類型時,，注意盡量只用它保存原始數(shù)據(jù)或最終結(jié)果,，盡量減少對其訪問的次數(shù)，需要頻繁訪問的中間結(jié)果不要用它,。
4．9 用外部數(shù)據(jù)存儲器地址擴(kuò)展的其他硬件
    在單片機外部擴(kuò)展的其他硬件,，一般都借用外部數(shù)據(jù)存儲器地址，表現(xiàn)為外部數(shù)據(jù)存儲器單元形式,。對于這些硬件,，可以用指針進(jìn)行讀寫操作。例如：
   

結(jié)語
    Keil C51中的變量增加了存儲類型,，在使用時而顯得比標(biāo)準(zhǔn)C稍微復(fù)雜,。在Keil C51中，變量的存儲類型不同,，訪問變量所需要的時間也不同,，由于C51內(nèi)核單片機資源少、速度慢,，變量存儲類型對系統(tǒng)工作速度的影響不可忽視,。在了解變量與單片機存儲結(jié)構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)程序?qū)ψ兞康氖褂靡?，合理地選擇變量的存儲類型,，可以在相同的硬件上獲得更高的工作效率。