引言
    8051內(nèi)核單片機(jī)是一種通用單片機(jī),，在國(guó)內(nèi)占有較大的市場(chǎng)份額。在將C語言用于51內(nèi)核單片機(jī)的研究方面,，Keil公司做得最為成功,。由于51內(nèi)核單片機(jī)的存儲(chǔ)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(chǔ)結(jié)構(gòu)與變量的關(guān)系
    變量都需要有存儲(chǔ)空間,，存儲(chǔ)空間的不同使得變量使用時(shí)的工作效率也不同。
    標(biāo)準(zhǔn)C的典型運(yùn)行環(huán)境是8086(含IA-32系列)內(nèi)核,，其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是CPU內(nèi)部有寄存器,，外部有存儲(chǔ)器，寄存器的訪問速度大大高于存儲(chǔ)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(chǔ)器中的，使用register可以強(qiáng)制變量存儲(chǔ)在寄存器中,，對(duì)于使用特別頻繁且數(shù)量不多的變量可以選用這種存儲(chǔ)模式,，以獲得更高的工作效率。
    相比之下,，51內(nèi)核單片機(jī)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)則顯得有些怪異,，它的存儲(chǔ)空間有3個(gè)：程序存儲(chǔ)器空間(64 KB含片內(nèi),、片外)、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間(64KB),、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)是片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)類型
    Keil C51中定義變量的格式如下：
    [存儲(chǔ)種類]數(shù)據(jù)類型[存儲(chǔ)類型]變量名表,；
    其中，[存儲(chǔ)類型]是標(biāo)準(zhǔn)C中沒有的,，[存儲(chǔ)類型]共有6種,，分別介紹如下：
    ①data。將變量存儲(chǔ)在片內(nèi)可直接尋址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中,。使用這種存儲(chǔ)模式,，目標(biāo)代碼中對(duì)變量的訪問速度最快。
    ②bdata,。將變量存儲(chǔ)在片內(nèi)可位尋址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)與data相同,。
    ③idata。將變量存儲(chǔ)在片內(nèi)間接尋址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中,。在52內(nèi)核中,，當(dāng)片內(nèi)直接尋址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不夠用時(shí)，可以使用128字節(jié)間接尋址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)器空間；在51內(nèi)核中因無單獨(dú)的間接尋址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū),，idata與data無區(qū)別,。
    ④xdata。將變量存儲(chǔ)在片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)空間最大(64KB),。
    ⑤pdata。將變量存儲(chǔ)在片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)空間為256字節(jié)。
    ⑥code,。將變量存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中,。目標(biāo)代碼中只能使用MOVC指令訪問變量，因變量存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)類型]*[指針存儲(chǔ)類型]標(biāo)識(shí)符；
    其中,，[數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型]和[指針存儲(chǔ)類型]都是標(biāo)準(zhǔn)C中沒有的,。[數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型]定義數(shù)據(jù)(即尋址對(duì)象)存儲(chǔ)的空間，[指針存儲(chǔ)類型]定義指針自身存儲(chǔ)的空間,。若不使用[數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型],，則指針為一般指針，占用3個(gè)字節(jié),；若使用[數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型]則指針為基于存儲(chǔ)器的指針,，占用1～2個(gè)字節(jié)。
2．3 Keil C51新增的變量類型
    bit：位變量,。存儲(chǔ)在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的可位尋址字節(jié)(20H～2FH)的某個(gè)位上,，這個(gè)變量在實(shí)時(shí)控制中具有很高的實(shí)用價(jià)值。
    sfr：特殊功能寄存器變量,。存儲(chǔ)在片內(nèi)特殊功能寄存器中,，用來對(duì)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(chǔ)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(gè)位上,，用來對(duì)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(chǔ)在片內(nèi)特殊功能寄存器的連續(xù)2個(gè)字節(jié)的低地址上,，這個(gè)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(chǔ)模式的必要性
    在Keil C51中，變量的存儲(chǔ)模式是一個(gè)可選項(xiàng)，如果不使用這個(gè)選項(xiàng),，則Keil C51在編譯時(shí)自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)選分配,。但這種處理方法有以下缺點(diǎn)：
    ①系統(tǒng)不知道各種變量的使用頻度，有可能對(duì)使用頻度高的變量使用了訪問速度慢的片外存儲(chǔ)方式,，而對(duì)使用頻高的變量使用了片內(nèi)存儲(chǔ)方式,，使得程序的運(yùn)行效率降低；
    ②在使用指針尋址時(shí),，由于不知道尋址對(duì)象的存儲(chǔ)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(gè)字節(jié),，并且使用時(shí)還要對(duì)存儲(chǔ)方式進(jìn)行判斷,，增加了尋址操作時(shí)間。
    如果能夠在定義變量的同時(shí)定義其存儲(chǔ)類型,，可以高效地使用51內(nèi)核單片機(jī)的存儲(chǔ)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(huì)在多個(gè)函數(shù)中被使用,，并在整個(gè)程序運(yùn)行期間內(nèi)有效,，靜態(tài)局部變量雖然只在一個(gè)函數(shù)中使用，但也是在整個(gè)程序運(yùn)行期間有效,。對(duì)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(gè)保存人數(shù)的全局變量n_g,，在多個(gè)函數(shù)中都被經(jīng)常用到,，可以這樣定義：
    unsigned int data n_g；／／對(duì)n_g賦值時(shí)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(chǔ)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(shí)報(bào)錯(cuò),，可以改用pdata和xdata存儲(chǔ)類型。
    數(shù)組定義為data存儲(chǔ)類型意義不大,，因?yàn)榧热皇褂脭?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(gè)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(chǔ)類型,，即便使用了data存儲(chǔ)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(chǔ)類型，在使用52內(nèi)核且片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不夠時(shí),，會(huì)使用只能間接尋址的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間,。這樣，既不能降低處理速度,，又?jǐn)U大了可使用的存儲(chǔ)空間,。
4．3 供查表用的數(shù)據(jù)
    這類數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是需要始終保持不變，且使用時(shí)只讀,，因此應(yīng)定義為code型,。例如一個(gè)字形表：
   
    全局或局部code型變量在存儲(chǔ)時(shí)無區(qū)別。
4．4 非靜態(tài)局部變量
    非靜態(tài)局部變量?jī)H在某一函數(shù)內(nèi)使用,，退出該函數(shù)時(shí)變量也被釋放,。
    若系統(tǒng)使用small存儲(chǔ)模式，對(duì)于這些變量可以不加存儲(chǔ)說明,，由編譯軟件自行按最優(yōu)原則決定,，因?yàn)閮H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(huì)更快速和更節(jié)省存儲(chǔ)空間,。例如：
    unsigned char i，j,； ／／系統(tǒng)盡可能會(huì)用R0～R7存儲(chǔ)i和j
    若系統(tǒng)使用了compact或large存儲(chǔ)模式,，則應(yīng)將這些變量定義為data存儲(chǔ)模式，以防系統(tǒng)自行決定時(shí)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(shí)有2個(gè)存儲(chǔ)類型：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型，說明被尋址對(duì)象的存儲(chǔ)類型,；指針存儲(chǔ)類型,，說明指針自身的存儲(chǔ)類型。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型為xdata時(shí),，指針自身占用2個(gè)字節(jié),；當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型為pdata以及idata等片內(nèi)存儲(chǔ)類型時(shí)，指針自身占用1個(gè)字節(jié),；若不說明數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型,，指針自身就要占用3個(gè)字節(jié)。因此,，在KeilC51中使用指針時(shí),，應(yīng)盡量定義數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型，但要特別注意指針中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型與被尋址對(duì)象的存儲(chǔ)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(chǔ)類型應(yīng)選擇data型,。例如定義一個(gè)數(shù)組時(shí)就同時(shí)定義其存儲(chǔ)類型,，以后用指針對(duì)其尋址時(shí)就將數(shù)組的存儲(chǔ)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(gè)二義性變量,，只能用枚舉類型,。如：
   
    以上程序在Keil C51中使用時(shí)，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(gè)字節(jié),。此處理方法既浪費(fèi)存儲(chǔ)資源，又延長(zhǎng)了處理時(shí)間,，這對(duì)于8086內(nèi)核算不上多大問題,，但在資源有限、運(yùn)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?yàn)?1內(nèi)核單片機(jī)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(yùn)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(duì)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(jī)內(nèi)部各硬件的目的,。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的51內(nèi)核單片機(jī)，頭文件reg51．h,、reg52．h或其他頭文件中已對(duì)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?，F(xiàn)在很多51內(nèi)核兼容型單片機(jī)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(chǔ)器變量
    若設(shè)置成pdata和xdata存儲(chǔ)類型,，將把變量存儲(chǔ)在片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。這兩種存儲(chǔ)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(chǔ)類型時(shí)，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(duì)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(chǔ)器地址擴(kuò)展的其他硬件
    在單片機(jī)外部擴(kuò)展的其他硬件,，一般都借用外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址,，表現(xiàn)為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元形式。對(duì)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(chǔ)類型，在使用時(shí)而顯得比標(biāo)準(zhǔn)C稍微復(fù)雜,。在Keil C51中,，變量的存儲(chǔ)類型不同，訪問變量所需要的時(shí)間也不同,，由于C51內(nèi)核單片機(jī)資源少,、速度慢，變量存儲(chǔ)類型對(duì)系統(tǒng)工作速度的影響不可忽視,。在了解變量與單片機(jī)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上,，根據(jù)程序?qū)ψ兞康氖褂靡螅侠淼剡x擇變量的存儲(chǔ)類型,，可以在相同的硬件上獲得更高的工作效率,。