05 数据归位：你的全局变量，该死了

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  10. 一个指针管所有LED
  11. 虚函数不实现会怎样
  12. 换硬件不改应用
  13. 从自动注册到Linux内核OOP全貌

全局变量的问题，不是”看起来不优雅”。真正的问题是：它让数据没有主人。数据没有主人，谁都能改；谁都能改，就很难知道 bug 是谁带来的。

看一眼反面写法

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int g_pin = 0;
int g_brightness = 0;
int init_count = 0;
int MAX_BRIGHTNESS = 255;
int g_debug_flag = 0;

初始化函数：

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int bad_led_init(uint8_t pin)
{
    g_pin = pin;
    g_brightness = 0;
    init_count++;

    gpio_init(pin);
    gpio_write(pin, false);

    return 0;
}

然后你这样用：

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bad_led_init(5);  /* 红灯 */
bad_led_init(6);  /* 绿灯 */
bad_led_on();     /* 你以为点红灯，实际 g_pin 已经是 6 */

第二次初始化把 g_pin 覆盖了。这类 bug 很隐蔽 — 编译正常，函数能调用，变量有值，日志看似合理，但硬件行为偏偏不对。

数据归位：每一份数据都要有主人

先把数据分成三类：

数据类型 应该放哪里 示例
每个对象各有一份 struct 成员 pin、brightness、is_on
整个模块共享一份 .c 文件里的 static 变量 s_init_count、s_debug_flag
不应该被修改 static const MAX_BRIGHTNESS、MAX_PIN

判断标准很简单：如果这个数据跟着”某一个对象”走，就放进对象；如果它属于”整个模块”，就放进 .c 并加 static；如果它不该变，就加 const。

实例数据进 struct

正确写法：

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typedef struct {
    uint8_t pin;
    uint8_t brightness;
    bool is_on;
    bool initialized;
} Led_t;

初始化时写对象自己的字段：

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int led_init(Led_t *me, uint8_t pin)
{
    if (me == NULL) {
        return -1;
    }

    me->pin = pin;
    me->brightness = 0;
    me->is_on = false;
    me->initialized = true;

    gpio_init(pin);
    gpio_write(pin, false);

    return 0;
}

现在红灯和绿灯互不影响：

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Led_t red;
Led_t green;

led_init(&red, 5);
led_init(&green, 6);

led_on(&red);    /* 操作 pin 5 */
led_on(&green);  /* 操作 pin 6 */

模块数据用 static

有些数据不是某一颗 LED 独有，而是整个 LED 模块共享。例如初始化次数：

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static int s_init_count = 0;
static int s_debug_flag = 0;

static 修饰文件作用域变量时，表示只在当前 .c 文件可见。外部不能这样乱改：

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extern int s_init_count; /* 不可行，static 变量没有外部链接 */

如果外部想读取，可以提供接口：

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int led_get_init_count(void)
{
    return s_init_count;
}

数据的主人说了算。

常量用 static const

反面写法：

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int MAX_BRIGHTNESS = 255;

这是变量，不是常量。别人可以 MAX_BRIGHTNESS = 999;。

正确写法：

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static const uint8_t MAX_BRIGHTNESS = 100;
static const uint8_t MAX_PIN = 15;
写法 作用
static 只在当前文件可见
const 不允许修改
uint8_t 类型明确
变量名保留 调试时更友好

完整片段

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static const uint8_t MAX_BRIGHTNESS = 100;
static const uint8_t MAX_PIN = 15;

static int s_init_count = 0;
static int s_debug_flag = 0;

static bool led_is_pin_valid(uint8_t pin)
{
    return pin <= MAX_PIN;
}

static bool led_is_brightness_valid(uint8_t brightness)
{
    return brightness <= MAX_BRIGHTNESS;
}

int led_set_brightness(Led_t *me, uint8_t brightness)
{
    if (me == NULL) {
        return -1;
    }

    if (!me->initialized) {
        return -2;
    }

    if (!led_is_brightness_valid(brightness)) {
        return -3;
    }

    me->brightness = brightness;
    me->is_on = (brightness > 0);
    gpio_write(me->pin, me->is_on);

    return 0;
}

static 的三种含义

static 在 C 语言里有三种常见用法：

用法 含义 本系列建议
修饰函数 当前文件私有函数 推荐，用来隐藏 helper
修饰全局变量 当前文件私有变量 推荐，用来保存模块状态
修饰局部变量 函数结束后值仍保留 谨慎，容易制造隐藏状态

前两种是模块化设计的常用工具。第三种不是不能用，但会让函数内部有记忆，测试和调试都会更复杂。

嵌入式项目意义

嵌入式系统里的”全局变量满天飞”会带来很多实际问题：多实例互相覆盖导致多路外设无法独立工作，外部随便 extern 让模块边界失效，运行时改常量破坏参数约束，隐藏状态太多导致测试复现困难。

数据归位后，代码会更容易推理 — led_on(&red) 这行代码只应该影响 red，不应该偷偷影响 green。

我见过的一个坑：同事休假期间，有人往 g_pin 写了新值，返工后 debug 了三天才发现是多实例覆盖。数据没有主人，bug 就是主人。