汽車電子行業(yè)的C語(yǔ)言編程標(biāo)準(zhǔn)

前言

之前分享了一些編程規(guī)范相關(guān)的文章，有位讀者提到了汽車電子行業(yè)的MISRA C標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)這個(gè)很不錯(cuò)。

本次給大家找來(lái)了一篇汽車電子行業(yè)的MISRA C標(biāo)準(zhǔn)的文章一同學(xué)習(xí)下。

什么是MISRA？

MISRA (The Motor Industry Software Reliability Association)，中文名稱為汽車工業(yè)軟件可靠性聯(lián)會(huì)，是英國(guó)的一個(gè)跨國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)，其成員包括了大部分歐美汽車生產(chǎn)商。

其核心使命是為汽車工業(yè)提供服務(wù)和協(xié)助，幫助廠方開(kāi)發(fā)安全的、高可靠性的嵌入式軟件。MISRA C則是由MISRA提出的針對(duì)嵌入式C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，目的是提高嵌入式系統(tǒng)的安全性、可讀性和可移植性。

MISRA C一開(kāi)始主要是針對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)，后面他產(chǎn)業(yè)也逐漸開(kāi)始使用MISRA C，包括航天、電信、國(guó)防、醫(yī)療設(shè)備、鐵路等領(lǐng)域中都已有廠商使用MISRA C。通常認(rèn)為，如果能夠完全遵守這些標(biāo)準(zhǔn)，則該嵌入式C代碼就是易讀、可靠、可移植和易于維護(hù)的。

因此，很多嵌入式開(kāi)發(fā)者都以MISRA C來(lái)衡量自己的編碼風(fēng)格，比如著名的uC/OS就稱自己99%的代碼遵循MISRA C編碼規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

因此，作為嵌入式開(kāi)發(fā)者，不論哪個(gè)行業(yè)，都應(yīng)以產(chǎn)品安全性為前提，保證可靠性、可讀性、可移植性，也就是保證自身代碼盡可能符合MISRA C。

MISRA C應(yīng)用在越來(lái)越多領(lǐng)域，作為嵌入式開(kāi)發(fā)者，編碼過(guò)程規(guī)范應(yīng)該盡可能遵循MISRA C規(guī)則，但也分特殊情況，有的時(shí)候?yàn)榱藝?yán)格按規(guī)范做可能會(huì)嚴(yán)重提高工作量或者降低系統(tǒng)性能，此時(shí)需要衡量一個(gè)平衡點(diǎn)。

關(guān)于MISRA C，本人的幾點(diǎn)體會(huì)。

1）編碼過(guò)程盡可能遵循MISRA C規(guī)范，提高代碼可靠性、可讀性、可移植。可靠性（穩(wěn)定性）是前提，可讀性、可移植是衡量一個(gè)程序員編碼水平的因素之一。

特別是對(duì)于嵌入式程序員，與硬件相關(guān)的編程，考慮到成本、供應(yīng)鏈等問(wèn)題，硬件可能會(huì)經(jīng)常變動(dòng)或者需要兼容多種硬件，此時(shí)，可移植性就體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)了，大大減少重復(fù)的編碼工作。

2）特殊情況下，是可以打破規(guī)則的。比如，其中禁止使用goto語(yǔ)句，也是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求禁止的。有些時(shí)候是可以使用的，而且使用其他會(huì)使得程序邏輯更清晰。但，如果“特殊情況”出現(xiàn)非常頻繁，那就得考慮自身的程序架構(gòu)是否合理了。

3）可以借助一些工具進(jìn)行MISRA C檢查。如IAR中，就有支持MISRA C規(guī)則檢查。以下為MISRA C 2004規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

環(huán)境

規(guī)則1.1（強(qiáng)制）：所有的代碼應(yīng)該遵守 ISO 9899:1990“Programming Language C”

規(guī)則1.2（強(qiáng)制）：只有當(dāng)具備統(tǒng)一接口的目標(biāo)代碼的時(shí)候才可以采用多種編譯器和語(yǔ)言。

規(guī)則1.4（強(qiáng)制）：檢查編譯器 / 連接器以確保支持 31 一個(gè)有效字符，支持大小寫(xiě)敏感。

語(yǔ)言擴(kuò)展

Rule 2.1（強(qiáng)制）：匯編語(yǔ)言應(yīng)該封裝起來(lái)并且隔離。

例如：#define NOP asm (“NOP”)

規(guī)則2.2（強(qiáng)制）：源代碼只能采用 /* …  * /風(fēng)格的注釋。

規(guī)則2.3（強(qiáng)制）：字符序列 /* 不能在注釋中使用。

注: C 語(yǔ)言不支持注釋的嵌套即使一些編譯器支持這個(gè)語(yǔ)言擴(kuò)展。

規(guī)則2.4（建議）：代碼段不能注釋掉。

注：應(yīng)采用 #if 或者 #ifdef 來(lái)構(gòu)成一個(gè)注釋，否則代碼里如果有注釋會(huì)改變代碼的作用。

文檔化

規(guī)則3.3（建議）：編譯器對(duì)于整數(shù)除法運(yùn)算的實(shí)施應(yīng)該寫(xiě)入文檔。

例：

-5/3 = -1 余-2 有些編譯器結(jié)果是 -2 于＋1。

字符集

規(guī)則4.1（強(qiáng)制）：只能使用 ISO 標(biāo)準(zhǔn)定義的字符集。

標(biāo)識(shí)符

規(guī)則6.5 （強(qiáng)制）：在內(nèi)部范圍的標(biāo)識(shí)符不能和外部的標(biāo)識(shí)符用同樣的名字，因?yàn)闀?huì)隱藏那個(gè)標(biāo)識(shí)符。例：

int16_t i: void f() {     int16_t i;     i=3 ；}

規(guī)則5.2（強(qiáng)制）：typedef 名稱只能唯一，不能重復(fù)定義。

規(guī)則5.4（強(qiáng)制）：標(biāo)記名應(yīng)該是唯一的標(biāo)識(shí)符。

規(guī)則5.7（建議）：標(biāo)識(shí)符不能重復(fù)使用。

類型

規(guī)則6.1（強(qiáng)制）：char 類型只能用來(lái)存儲(chǔ)使用字符。

規(guī)則6.2（強(qiáng)制）：signed 和 unsigned char 只能用來(lái)存儲(chǔ)和使用數(shù)據(jù)值.

規(guī)則6.3（建議）：對(duì)于基本數(shù)據(jù)類型，必須使用 typedef 顯式標(biāo)識(shí)出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

例：

typedef signed char int8_t;typedef unsigned int uint16_t;

約束

規(guī)則7.1（強(qiáng)制）：禁止使用八進(jìn)制數(shù)（0除外）或者八進(jìn)制轉(zhuǎn)義字符。

注:整型常數(shù)以 0 開(kāi)始會(huì)被認(rèn)為是八進(jìn)制。例：

code[1]=109 code[2]=100 code[3]=052

如果是對(duì)總線消息初始化，會(huì)有危險(xiǎn)。

聲明和定義

規(guī)則8.1（強(qiáng)制）：函數(shù)都應(yīng)該有原型聲明，且相對(duì)函數(shù)定義和調(diào)用可見(jiàn)。

規(guī)則8.2（強(qiáng)制）：無(wú)論何時(shí)一個(gè)對(duì)象和函數(shù)聲明或者定義，它的類型應(yīng)該明確聲明 。

規(guī)則8.3（強(qiáng)制）：函數(shù)聲明中的參數(shù)類型應(yīng)該和定義中的類型一致。

規(guī)則8.4（強(qiáng)制）：如果對(duì)象或函數(shù)被聲明了多次，那么它們的類型應(yīng)該是兼容的。

規(guī)則8.5（強(qiáng)制）：頭文件中不應(yīng)定義對(duì)象或者函數(shù)。

規(guī)則8.6（強(qiáng)制）：函數(shù)應(yīng)該聲明為具有文件作用域。

規(guī)則8.7（強(qiáng)制）：如果對(duì)象的訪問(wèn)只是在單一的函數(shù)中，那么對(duì)象應(yīng)該在塊范圍內(nèi)聲明。

規(guī)則8.8（強(qiáng)制）：外部變量或者函數(shù)只能聲明在一個(gè)文件中。

規(guī)則8.9（強(qiáng)制）：具有外部鏈接的標(biāo)識(shí)符應(yīng)該具有準(zhǔn)確的外部定義。

規(guī)則8.10（強(qiáng)制）：在文件范圍內(nèi)聲明和定義的所有對(duì)象或函數(shù)具有內(nèi)部鏈接，除非是在需要外部鏈接的情況下。

規(guī)則8.11（強(qiáng)制）：static 存儲(chǔ)類標(biāo)識(shí)符應(yīng)該用于具有內(nèi)部鏈接對(duì)象和函數(shù)的定義和聲明。

規(guī)則8.12（強(qiáng)制）：數(shù)組聲明為外部，應(yīng)該明確聲明大小或者直接初始化確定。

初始化

規(guī)則9.1（強(qiáng)制）：所有變量在使用之前都應(yīng)該賦值。

規(guī)則9.2（強(qiáng)制）：應(yīng)該使用大括號(hào)一指示和匹配數(shù)組和結(jié)構(gòu)的非零初始化構(gòu)造。

規(guī)則9.3（強(qiáng)制）：在枚舉列表中，”=“不能顯式用于除首元素之外的元素上，除非所有的元素都是顯式初始化的。

數(shù)學(xué)類型轉(zhuǎn)換（隱式）

規(guī)則10.1（強(qiáng)制）：整型表達(dá)式不要隱式轉(zhuǎn)換為其他類型。

1）轉(zhuǎn)換到更大的整型。

2）表達(dá)式太復(fù)雜。

3）表達(dá)式不是常數(shù)是一個(gè)函數(shù)。

4）表達(dá)式不是一個(gè)常數(shù)是一個(gè)返回表達(dá)式。

規(guī)則10.2（強(qiáng)制）：浮點(diǎn)數(shù)表達(dá)式不要隱式轉(zhuǎn)換為其他類型。

1）轉(zhuǎn)換到更大的浮點(diǎn)數(shù)。

2）表達(dá)式太復(fù)雜。

3）表達(dá)式是一個(gè)函數(shù)。

4）表達(dá)式是一個(gè)返回表達(dá)式。

數(shù)學(xué)類型轉(zhuǎn)換（明確）

規(guī)則10.3（強(qiáng)制）：整型表達(dá)式的值只能轉(zhuǎn)換到更窄小且是同樣符號(hào)類型的表達(dá)式。

規(guī)則10.4（強(qiáng)制）：浮點(diǎn)表達(dá)式的值只能轉(zhuǎn)換到更窄小的浮點(diǎn)表達(dá)式。

規(guī)則10.5（強(qiáng)制）：如果位運(yùn)算～和<<應(yīng)用在基本類型為 unsigned char 或 unsigned short 的操作數(shù)，結(jié)果應(yīng)該立即強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為預(yù)期操作數(shù)的基本類型。例：

uint8_t a = 0x5a;uint8_t b;b = ((uint8_t)(~a))>>4;

數(shù)學(xué)類型轉(zhuǎn)換

規(guī)則10.6（強(qiáng)制）：所有的 unsigned 類型都應(yīng)該有后綴 “U”。

規(guī)則11.1（強(qiáng)制）：指針不能轉(zhuǎn)換為函數(shù)或者整型以外的其他類型。

表達(dá)式

規(guī)則12.2（強(qiáng)制）：表達(dá)式的值應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)允許的評(píng)估順序一致。例：

x=b[i] + i++;

不同的編譯器給出的結(jié)果不一樣，b[i] 是否先執(zhí)行？應(yīng)：x=b[i]; i++; 比如：

x=func(i++,i);

規(guī)則12.3（強(qiáng)制）：sizeof 操作符不能用在包含邊界作用 (side effect) 的表達(dá)式上。例:

int32_t=i; int32_t=j; j=sizeof(i=1234);

表達(dá)式并沒(méi)有執(zhí)行，只是得到表達(dá)式類型int的size。

規(guī)則12.4（強(qiáng)制）：邏輯操作符 && 或者||右邊不能包含邊界作用 (side effect)。

例：

if(ishight) && (x== i++))

如果 ishight＝0 那么 i++ 不會(huì)評(píng)估

規(guī)則12.5（建議）：++ 和 - - 不能和其他表達(dá)式用在一個(gè)表達(dá)式中。

例：

u8a=++u8b + u8c–;

控制語(yǔ)句表達(dá)式

規(guī)則13.1（強(qiáng)制）：賦值語(yǔ)句不能用在一個(gè)產(chǎn)生布爾值的表達(dá)式中。

例：

if((x=y)!=0) … if (x=y) …

規(guī)則13.3（強(qiáng)制）：浮點(diǎn)表達(dá)式不應(yīng)該測(cè)試其是否相等或者不相等。

規(guī)則13.4（強(qiáng)制）：for控制表達(dá)式中不要包含任何浮點(diǎn)類型。

規(guī)則13.6（強(qiáng)制）：數(shù)字變量作為for循環(huán)的循環(huán)計(jì)數(shù)不要在循環(huán)體內(nèi)部被修改。

例：

flag=1; for(i=0;(i<5)&&(flag==1);i++) {     flag=0;     i=i+3; }

控制流

規(guī)則14.1（強(qiáng)制）：不要有執(zhí)行不到的代碼。

例：

swich(event) {     case 0;      do_wakeup();     break;     do_more(); … }

規(guī)則14.4（強(qiáng)制) ：goto 語(yǔ)句不能使用。

規(guī)則14.5（強(qiáng)制）：continue 不能使用。

規(guī)則14.6（強(qiáng)制）：函數(shù)應(yīng)在函數(shù)結(jié)束有一個(gè)出口。

規(guī)則14.7（強(qiáng)制）：witch、while do 、while for 語(yǔ)句體應(yīng)是一個(gè)混合語(yǔ)句。

規(guī)則14.10（強(qiáng)制）：所有 if else if 結(jié)構(gòu)都應(yīng)該由 else 結(jié)束。

switch(x) { uint8_t var; /* 違反*/ case 0:  … }

函數(shù)

規(guī)則16.2（強(qiáng)制）：函數(shù)不能直接或者間接的調(diào)用自己。

例：系統(tǒng)不能用遞歸，超出堆棧空間很危險(xiǎn)。

規(guī)則16.8（強(qiáng)制）：non-void 類型函數(shù)的所有出口路徑都應(yīng)該有一個(gè)明確的 return 語(yǔ)句表達(dá)式。

指針和數(shù)組

規(guī)則17.1（強(qiáng)制）：指針的數(shù)學(xué)運(yùn)算只能用在指向數(shù)組的地址上。

規(guī)則17.3（強(qiáng)制）：>，>=，<，<= 不能用在指針類型，除非指向同一個(gè)數(shù)組。

規(guī)則17.5（建議）：禁止使用 2 級(jí)以上指針。

結(jié)構(gòu)和聯(lián)合

規(guī)則18.4（強(qiáng)制）：禁止使用 union（共用體）。

預(yù)處理指令

規(guī)則19.1（建議）：#include 語(yǔ)句的前面只能有其他預(yù)處理指令和注釋。

規(guī)則19.2（建議）：#include 指令中的頭文件名稱不能包含非標(biāo)準(zhǔn)的字符。

規(guī)則19.5（強(qiáng)制）：宏不能在函數(shù)體內(nèi)定義。

規(guī)則19.8（強(qiáng)制）：類函數(shù)宏調(diào)用時(shí)不能沒(méi)有它的參數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

規(guī)則20.1(強(qiáng)制）：標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的保留標(biāo)識(shí)符，宏和函數(shù)不能定義，重定義和undefined。

規(guī)則20.4（強(qiáng)制）：動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配不能使用。

例：不能使用malloc、calloc、free、realloc。

規(guī)則20.9（強(qiáng)制）：輸入輸出庫(kù) (stdio.h) 不能用在產(chǎn)生嵌入式系統(tǒng)中。

規(guī)則20.12（強(qiáng)制）：時(shí)間處理函數(shù) time.h 不能使用。

運(yùn)行時(shí)故障

規(guī)則21.1（強(qiáng)制）：通過(guò)使用以下手段確保把運(yùn)行時(shí)故障最小化。

1）靜態(tài)分析工具/技術(shù)。

2）動(dòng)態(tài)分析工具/技術(shù)。

3）編寫(xiě)明確的代碼避免運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤。