数据结构与寄存器

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一. 缘起                                                                                               

看代码时，我常常注意到这样一种现象。从宏观角度上看代码，整个代码主体都是赋值语句。在偏硬件比如嵌入式系统中，绝大多数赋值语句都是在给寄存器赋值；而在软件系统中，绝大多数赋值语句都是在对选定的数据结构赋值。统一而言就是，在我接触的代码结构中，代码就是在操作数据结构或者寄存器。操作的方法我们称为“算法”。

既然如此,那么数据结构与寄存器之间是否存在某种联系呢？

二.寄存器                                                                                             

简单的说，寄存器是一种数字电路，可以存储二进制数据。在x86或者ARM系统中都有大量寄存器接口供用户操作。比如ARM系统中的各种通讯接口，SPI，IIC，UART，这些通讯协议都以硬件的方式整合于ARM芯片上。而具体如何操作这些接口，则是通过控制相应的寄存器。比如设置时钟速率，设置每帧发送bit数，设置单工、半双工或是全双工等等，这些都需要通过控制响应的寄存器。那么我们是如何操作这些寄存器的呢？没错，就是赋值语句。这些寄存器映射于内存中，都有特定的内存地址。我们通过操作这些内存地址就可以控制相应的寄存器从而实现我们所需要的功能。

三.数据结构                                                                                          

维基百科：数据结构是计算机中存储、组织数据的方式。

大话数据结构：数据结构是一门研究非数值计算的程序设计问题中的操作对象，以及它们之间的关系和操作等相关问题的学科。

简单说，数据结构就是研究抽象数据之间的相互关系，比如数组，链表，树，图等。这里的抽象数据是相对硬件实体比如前文提到的通讯接口而言。比如在嵌入式系统中，当我们描述任务时，就需要定义相应的任务数据类型。比如uCOS系统中的任务结构

typedef struct os_tcb {

//数据结构
struct os_tcb *OSTCBNext;         
struct os_tcb *OSTCBPrev;  

//对象实体
OS_STK        *OSTCBStkPtr;        
void          *OSTCBExtPtr;        
OS_STK        *OSTCBStkBottom;     
INT32U         OSTCBStkSize;     
INT16U         OSTCBOpt;          
INT16U         OSTCBId;                  
OS_EVENT      *OSTCBEventPtr;     
void          *OSTCBMsg;          
OS_FLAG_NODE  *OSTCBFlagNode;     
 OS_FLAGS       OSTCBFlagsRdy;     
INT16U         OSTCBDly;          
INT8U          OSTCBStat;         
INT8U          OSTCBPrio;          
INT8U          OSTCBX;            
INT8U          OSTCBY;             
INT8U          OSTCBBitX;         
INT8U          OSTCBBitY;         
BOOLEAN        OSTCBDelReq;       

} OS_TCB;

当定义大量这样的抽象任务对象，就需要数据结构出马了。通过数据结构，我们可以实现查找、遍历、插入、删除等操作。

四. 关联                                                                                                  

那么是否存在这样一种可能性，不用数据结构也可以实现这些对象的查找、遍历、插入、删除等操作呢？我们需要想一想为什么需要数据结构，为什么需要确定数据之间的关系。原因就是这些数据没有确定的内存地址，它们的内存地址是随机分配的。我们需要给这些数据某种联系，然后通过这种联系来查找这些数据。所以方法就是给所有这些定义的对象固定的内存地址。没错，就像硬件寄存器那样。这样就可以通过操作这些内存地址来操作这些抽象的对象。且不说可行不可行，但是这其实带来了一个更糟糕的问题。如果用户可以随意操作内存，这会给系统带来更多隐患。

也就是说，需要数据结构的原因就是数据对象没有确定的内存地址。通过数据结构这种联系，我们可以通过一个对象找到另外所有的对象，而且查找速度越快越好，但是又不能让这些数据结构占用太多的内存资源。这就涉及到数据结构相关算法的时间复杂度和空间复杂度。

五.统一                                                                                                    

通过上面的分析，可以理解数据结构就是一种寻址方式。当我们需要定义某种对象时，其实可以看成是定义了软件寄存器。当这些抽象对象大量存在时，我们需要确定这些对象之间的联系，就是通过植入相应的数据结构，比如链表、树。也就是说，需要定义的抽象对象就是软件寄存器(对象实体)与相关数据结构的集合，就像上文中的任务对象一样。硬件寄存器通过特定的内存寻址，而抽象对象可以看成是软件寄存器，只是它们通过数据结构寻址。

数据结构与寄存器

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原文地址：http://www.cnblogs.com/oykwelcome/p/3870611.html