【连载】谨以此文，向大家讲述振南十多年前入门单片机阶段的往事和感悟

大家还记得郭天祥老师书里那个100小时不眠不休，写代码到泪流的“程序狂人”吗？

对，就是他，于振南老师，十年后，与郭天祥老师再度联手打造全新课程。

现在网络上，基本的C语言课程满天飞，我们现在差不多都在半山腰，歇够了没，于老师在嵌C之巅等我们！接下来我们将连载课程，介绍那些大佬背后不为人知的故事！

于老师跟郭老师合照

致广大单片机学习者和工程师：

你们所经历的，振南也一样不落的都经历过。起初对于C语言和单片机学习上的迷茫困惑可能比你们更甚，但是一切都过来了，没什么能够真正难倒我们，相信自己！

谨以此文，向大家讲述我十多年前入门阶段的往事和感悟，以及告诉大家：单片机到底是什么？

为什么很多初学者都被困在C语言与单片机入门基础的山脚下止步不前，彷徨徘徊？为什么大家在学习上花费了如此大的精力，却仍然是收效甚微？为什么C语言中的指针就那么难于理解，始终让人们摸不着头脑？又为什么看似毫无问题的代码，烧录到单片机中运行就是不对？这一切的一切都归结于一个根源：对C语言的本质和单片机的体系结构与运作机制认识不清！

通过本章，我希望能让你看穿一切，升华你的整体认知。

此时，你会发现做单片机和嵌入式开发是如此简单，单片机也变得“乖巧”了很多，仿佛一切都变得顺畅了，和谐了！

注定堕入单片机

05年开始接触单片机和嵌入式技术，从此堕入其中，直至今日。这十几年里经历了很多项目，遇到了无数技术点。从一个涉事不深的初学者，成长为了现在还算称得上是“资深”的工程师。这期间我还办演着另一个角色—技术和知识的传授者和解惑者。我热衷于这种工程师之间的交流，它时常会带给我反思、领悟和动力，让我一直保持追求新技术新高度的热情和信念。在交流中，我无数次的被问到一个问题：“如何才能学好嵌入式C语言和单片机？”我也确实深深感觉到：C语言的掌握程度严重制约着单片机和嵌入式工程师的研发水平。其实，我在硬件方面的研发水平很大程度上得益于我C语言的扎实基础和对其深入细致的理解。

下面，我结合我较早期的学习经历和感悟来讲一下嵌入式C语言应该如何学好（年代可能会有些久远）。也许，我的经历不易复制，但它作为一种学习方式，大家多少可以借鉴。

引用我启蒙老师的一句话：“C语言，学得多精都不为过！要学单片机，先学C语言。”

1.1 懵懂好奇的我

性格决定你所能从事的事业，也决定了你的命运。

我的性格是对新鲜事物有极大的好奇，而且这种好奇会发展为兴趣，并最终狂热。当我脑子里出现一个新想法，我就会迫不及待地去实现它，而且不看到它最后的样子，不会轻易放弃，不论成败都要试试。在我记忆里，我小时候就是这样的。

有一次我看到一根铁丝，正好我衣兜里有一个皮筋，于是我就做了一个弹弓。后来一发不可收拾，我迷上了做弹弓，各种各样，大大小小。还不乏创新和发挥，我想到在电影里见过的弩（其实我当时还不知道它叫弩），于是接下来的很长时间我一直在研究如何用铁丝制造一把弩。最终，弩出现了。原来玩弹弓时的纸子弹被我换成了石子，随着扳机的扣动，我的屁股也开花了。

上初中的时候，我通过学校开设的兴趣班第一次接触到计算机，第一次知道了DOS、Windows98、WPS、输入法这些东西，迅速燃起了对计算机的好奇和兴趣。当时我渴望拥有自己的计算机。于是开始天天缠着我爸妈给我买一台计算机。碍于当时的经济条件，最后家里给我买了一台学习机。用它可以模拟DOS环境、练习指法，还有一些简单的编程，如LOGO、BASIC等。从此，我开始有了最基本的编程意识：程序就是一行行顺序执行的语句。但是对循环、条件判断等比较复杂的东西还不够熟练，只能说有一个概念。

对计算机的兴趣没有像以往一样，热乎一段时间就放下了。我发现计算机要学的东西非常多，而且它好像一直都在变化出新，这些新的东西又会再一次掀起我的兴趣。对计算机的狂热从上了高中就开始了。长期基于学习机的练习，我的指法已经足够熟练，但是用拼音输入文字速度太慢，所以我报班学了五笔，一直延用至今（现在每当有人知道我用五笔的时候都会对我投来钦佩的目光）。在一顿软磨硬泡之下，我拥有了第一台自己的奔IV电脑，从此我的“折腾”开始了。

平时一有时间就研究VB、软件加解密、网络攻防这些东西，还订阅了杂志《电脑爱好者》，期期不落。到高考前，我应该可以称得上是半个“业余电脑专家”了，也已经可以使用VB开发一些小的桌面软件，比如计算器、小游戏。计算机让我的好奇心得到了很大的满足，也使我的创造力得到了施展。

1.2 我的C语言学习经历

基于我对计算机的浓厚兴趣，高考报志愿的时候，我四个志愿全部报了计算机专业，从那时起，注定了我将以计算机为伴、为业。

原以为进了大学就能马上接受正统的计算机教育了，其实并不是。计算机专业一开始并不直接学编程，而是学数学。我当时比较迷茫，觉得学计算机不教编程，上学有什么用？其实我知道专业课程安排的用意，计算机科学的基础是数学，应该先打基础。但是又有多少学生真正去好好学习这些基础而枯燥的东西。导致很多人整个大一的宝贵时间都浪费在打游戏上，估计他们已经忘了自己为什么要学计算机了。我也怕会变成这样。

我开始自学很多计算机方面的知识，但是又漫无目的，直到我碰到一个“能人”。据说他小学开始学计算机，初中已经可以独立开发软件，高中时因为开发了一个网络软件，被某软件平台收录，并评为五星软件，而被免试特招。他智商高，但似乎情商不是太高，经常容易得罪人，有一些让别人不太舒服的做事风格。有一次我们偶然聊天，他提到国际ACM程序设计竞赛的事情，问我有没有兴趣参加，说已经集结了五六个人，组成小组参加比赛。从此我开始有了动力，开始自学C语言和算法，参加团队集训，下载往年竞赛题目模拟竞技，相互交流经验。当时专业课还没有开C语言，但是我们已经都是C语言高手了。也许，应该在这里放一道ACM竞赛的试题给大家解解闷（这是一道陈年老题，感兴趣的话可以百度）。

对！ACM试题是全英文的。

图1.1 国际ACM程序设计竞赛历届真题

大二下学期，C语言专业课开了。很多人并不知道C语言有什么用，带着迷茫上课、考试、通过，最后忘掉。我开始慢慢深刻感觉到C语言的精妙，它有自己严格的语法规则，但是又不作过多限定，这让它非常灵活而实用。同一个逻辑功能，可以有很多种C语言的表达方式，它一定程度上体现出了编程者自身的习惯和素养。代码可以写得很乱，也可以写得很优雅；可以写得冗长啰嗦，也可以写得如蜻蜓点水，几行了事。但是乱也可以错落有致，寥寥几行也可以大显功底。我意识到C语言没那么简单，不仅仅是一门语言而已，它会伴随我一生，正如后来有人所说的“程序如人生”。

我的性格仍然在发挥着巨大的作用。随着不断的学C语言，用C语言，我开始觉得C语言真的是乐趣多多，如同挖矿，永远都有那些未曾遍及的角落，永远都有没有见过的另类技巧，永远都有富含创意的智慧的流露。（关于C语言的技巧，振南专门整理成了一章《C语言的那些技巧与深层理解》，感兴趣的读者可以看一下）

1.3 C语言的顶级赛事

在C语言专业课上，老师告诫我们：“C语言，学得多精都不为过！”

很多人可能当时并没有完全理解这句话，但是我却深深的赞同。后来，我们的ACM参赛组对编程的高涨热情感染了整个计算机学院，而这位C语言老师，也成为了我们的集训老师。再后来，我们的举动，带动了更多人参加ACM程序设计竞赛，学院、学校、乃至哈尔滨市、黑龙江省、东北三省。最终，国际ACM委员会委任我们学校为国际ACM中国东北赛区承办方（南方赛区承办方是浙大）。当时，全校到处都挂满了条幅：“Program Your World!”

关于ACM程序设计竞赛，当年还有一个关于浙大的传奇故事（浙大是当年的ACM世界总冠军）。我们知道写程序要经历编程、编译、查错修改、再编译，如此往复，若干次。这个往复的次数，与程序的难度与程序员的能力有很大关系。但是要做到所有一次成功，不能说不可能，但是极难！当年浙大参加总决赛，只剩十分钟，还有最后一道试题。参赛队员，打开记事本，直接写代码，直接提交，一次通过。这件事情，在圈里流传，也许有夸张的成分。但是，也足以显示我们与顶尖编程高手之间的巨大差距。

ACM竞赛，就是一群疯狂热爱计算机和编程的人们，一起正在z做的事情。他们技术夯实，以不断猎奇、不断学习、不断完成新的目标为最大乐趣。

除了ACM，我私下还在关注另一个国际编程竞赛，IOCCC（国际混乱C代码大赛，官方网站http://www.ioccc.org/，如图1.2）。其实很多人都不知道这个比赛，我也是偶然间发现的。

图1.2 IOCCC官网历届比赛的消息公布

为什么会关注这样一个似乎不太正经的比赛？它不比算法，也不比代码的质量和风格，而是比谁的代码最乱，但是乱得要艺术，要能编译，要能实现正确的功能，如图1.3所示代码。

图1.3 第24届IOCCC（2015年）参赛代码

C语言代码还能写得如此任性？它体现了C语言在形式上的灵活性。当然，也不是单纯用代码来画画，就能被称为“乱”的，它有更多更深层的编程技巧。在这里，你可以看到C语言世界的无奇不有，各种挥挥洒洒的编程风格，以及映射出来的代码背后的那个“高手”。

我对C语言的学习热情是自始至终的，现在也还是在学习。记得大学时候我们宿舍有一个习惯，就是大考之后的晚上要倾巢出动去网吧包宿。当时流行玩CS，他们联网打得热闹。但是我对游戏毫无兴趣，就窝在一个靠边的位置上，上网看C语言代码。当时特别热衷逛编程网站，比如CSDN、PUDN等，还喜欢把代码包全下载下来，看看别人的代码是怎么写的。看了代码，就想编译试试，于是就在网吧的电脑上安装VC6.0。室友过来看我在干啥，然后就惊呆了：“都考完了，你还在看C语言？”

1.4 岔路口上选择单片机

接下来，我继续学了C++，还有后来的MATLAB、VHDL和Verlog（其实当时对硬件、数字信号处理和仿真没什么概念，所以对于后者没有多少热情）。在学C++之前，我使用VC6.0已经有一定经验了，尤其是MFC（当时有人建议我学.NET，比如C#，或者JAVA，说MFC已经过时，说MFC的意思就是Maybe Finally Canceled，即最终会被微软取消）。在系统学了C++之后，我对MFC（微软基础类库）有了深入的理解，开始阅读这方面的一些专业书籍，已经可以编写一些功能复杂的多层级的应用软件了。

到这里，我对编程的学习开始出现瓶颈，感觉到迷茫。C语言，很优雅，很强大，它的父集C++，面向对象的编程模式，可以开发专业的桌面软件。然后呢？似乎其他人用C#或者JAVA，开发软件的速度更快，做得更好。优雅不能当饭吃，在这种驱使下，我开始转入C#、JAVA、PHP、JSP、ASP这些上层应用级语言的学习，准备努力成为一个出色的软件工程师。

在这个岔路口上，我遇到了我的启蒙老师，让我再一次打开好奇之门，从而走上了单片机和嵌入式技术的道路。他就是杜撰（化名）：他以年龄最小、学历最低的身份，代表黑龙江省参加全国“挑战杯”科技创新大赛，凭自己设计的“仿生蛇”获得二等奖。获奖后，他把相关技术全部无偿给了国防科大。曾作为“小崔说事”栏目的特邀嘉宾接受专访。

关于“杜撰”和我当初进入单片机圈的经历，振南在本书《我与郭天祥的那些事儿》这一章有详细的描写。

他给我讲了很多关于单片机的事情，当时我对单片机完全不了解，只知道在他的“仿生蛇”里使用了单片机，而且单片机可以用C语言进行编程开发。单片机可以做出如此强大的东西，它远比在电脑上写桌面软件要有趣的多。正是这一点，深深吸引了我。

“你从51开始学吧，先焊个最小系统，然后点个灯！”

他给了我一个最小系统板和一些配件，还有一个叫《平凡的C51教程》的电子文档。

“你就在我这学吧，有问题问我就行。”

图1.4 我的第一个单片机实验原理图（摘自《平凡的C51教程》）

我照着图1.5依葫芦画瓢的焊完了我人生中第一个电路板。虽然惨不忍睹，但是经杜撰过目之后，评价是“还不错，能用。”然后，就让我去学C51。其实我对这个被称为“最小系统”的电路为什么要用到这些元件，为什么要焊成这样，完全没有概念。带着诸多的迷惑不解开始了我的单片机C语言学习之旅，让我开始慢慢明白了C语言课上老师说的“C语言是最贴近硬件的高级语言”这句话。

1.5 窗户纸破了

C语言，不论是变量、函数，还是分支循环，乃至于算法，哪怕是最复杂的算法，这一切的体质都是CPU内核的指令执行和访存操作（RAM和ROM）。这是起初我对C语言的理解。那如何让C语言去操控硬件产生物理效果呢？当时让我百思不得其解的是C语言是软件，发光二极管是物理上的硬件，软件是如何能够影响到物理世界的呢？小到点灯；大到“仿生蛇”产生一系列的动作；更大的比如控制火箭发动机点火。这曾经是我入门阶段无法逾越的一条思维鸿沟。

sfr P1=0x80;

void main(void){P1=0x55;While(1);}

这是我亲手写过的第一个嵌入式C语言代码。它为我第一次揭示了C语言与硬件之间的交互方式—特殊功能寄存器（Special Function Register）。

register在标准C语言中是一个修饰符。一个变量在定义的时候如何加入这个修饰符，编译器便不会把它分配在内存里，而是直接放在CPU内部寄存器里。它的目的是为了加快变量的访问速度，尤其是那些需要被频繁访问的变量。

register int i;register int sum=0;

for(i=1;i<=100;i++){sum+=i;}

上面这段代码（计算1到100的和）的执行效率就比没有register要高。

51单片机中的SFR本质上也是一些随机存储单元，它们的访问速度很快（与CPU之间采用直接寻址）。但其又有特殊之处，它们都是一些电路（片内外设）的门户出入口。向这些寄存器写入数值，会直接影响相关电路的运行和输出。

51单片机的C语言中，为这些有特殊功能的寄存器，专门增加了一个修饰符—SFR。由它定义的标识（类似变量名），是可以访问到相应的特殊功能寄存器的，即片内外设电路的出入口，从而达到控制电路的目的。诸多的电路，具有各自的功能，它们纷纷留出寄存器接口，形成一系列的SFR。通过CPU统一调配、有机控制，最终就可以完成复杂而有序的各种功能。这就是单片机，乃至于更高端的嵌入式CPU，如ARM、DSP等均采用的运作机理。而这些电路，连同CPU内核，还有存储器，当然还有连接它们之间的总线，被塑封在一起（即封装），再把电路（片内外设）的相关外部信号通过引脚引出，这就是我们所看到的单片机芯片了。其实它就是一个完整的计算机。这大大拓宽了我起初对计算机认识的范畴：凡是拥有独立计算能力，具备输入输出和存储功能的设备都可以称为计算机。从某种意义来说，算盘就是最原始的计算机，虽然它很大程度上依赖人的操作和辅助。

一直困惑我的谜雾终于变得清晰了。捅破了这层C语言软件与硬件之间的窗户纸，让我看清了硬件和嵌入式系统的本质。我觉得在硬件上，我将可以发挥更大的创造力。兴趣的泛滥再一次一发不可收拾。

基于我在C语言方面的扎实基础和深入的理解，我对单片机的学习也较为顺利。

理解了51单片机的SFR，很多东西便变得简单了。对“C语言，学得再精也不为过！”这句话有了更深的认识：C语言不光是一门语言，它影射出了整个计算机体系的运作机制，每当硬件出现进步，甚至是革命的时候，C语言必定会随之进化。（大家可以看一下GCC编译器的迭代历程，基本上就是主流编程语言衍化的写照）

我们不应再为C语言如何操控硬件而产生疑惑，因为从我们使用C语言写下第一行代码的那一刻起，其实我们就已经在操控硬件了（内存访问、数据传送、CPU执行就是硬件行为）。

下一节，看透单片机！

历时筹备一年，于振南老师结合多年实战经验，全新系统性的打造了一套课程《十天登顶嵌入式C语言之巅（高手C）》，一共100讲，总课时2000多分钟，为我们解密了很多嵌入式C语言中你所不知道、经常出错的问题。

希望这套课程，可以让那些已经入门C语言，还在【半山腰】徘徊的人们，能够再提升一个层次，最终登顶嵌入式C语言之巅峰！！

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