c - GPIO 外设何时分配其成员地址？

Question

从stm32f446xx.h我们有GPIO_TypeDef的定义

typedef struct
{
  __IO uint32_t MODER;    /*!< GPIO port mode register,               Address offset: 0x00      */
  __IO uint32_t OTYPER;   /*!< GPIO port output type register,        Address offset: 0x04      */
  __IO uint32_t OSPEEDR;  /*!< GPIO port output speed register,       Address offset: 0x08      */
  __IO uint32_t PUPDR;    /*!< GPIO port pull-up/pull-down register,  Address offset: 0x0C      */
  __IO uint32_t IDR;      /*!< GPIO port input data register,         Address offset: 0x10      */
  __IO uint32_t ODR;      /*!< GPIO port output data register,        Address offset: 0x14      */
  __IO uint32_t BSRR;     /*!< GPIO port bit set/reset register,      Address offset: 0x18      */
  __IO uint32_t LCKR;     /*!< GPIO port configuration lock register, Address offset: 0x1C      */
  __IO uint32_t AFR[2];   /*!< GPIO alternate function registers,     Address offset: 0x20-0x24 */
} GPIO_TypeDef;

这用于初始化一些 GPIO 外设。重点关注GPIOA:

#define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000)
#define AHB1PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x00020000)
#define GPIOA_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x0000)
#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)

所以我的问题是:

1. #define 指令是否声明并初始化该结构并将其放置在“GPIOA_BASE”指向的地址处？或者define语句只是声明结构体但没有初始化其成员？

2. 在没有明确定义的情况下，成员如何获得正确的地址位置？我们如何知道GPIOA->MODER导致与GPIOA_BASE相同的地址？同样，我们如何知道 GPIOA->ODR 通向地址 GPIOA_BASE + 偏移量 0x014？是不是因为当我们声明结构体并使用 #define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE) 命令告诉它它位于 GPIOA_BASE 时，它的所有成员变量都被声明了并按照它们在 struct GPIOA_TypeDef 中出现的顺序在内存中初始化？这是有道理的，因为每个字节占用 4 个字节，但我不确定情况是否如此。

3. 如果成员变量没有按照结构中列出的顺序声明，那么它们如何分配内存地址？

Answer 1

名称“C”用于描述两件事:

1. 以相当一致的方式将源代码构造映射到目标机器构造的语言家族。通常没有“标准”记录如何执行此类映射，并且不寻常的目标平台的实现与更常见的目标平台的行为会有所不同，但类似平台的编译器通常会表现相似。

2. 一种仅包含 C11 标准规定的功能的语言，通常会忽略并非在所有平台上一致实现的功能，即使类似平台的 C 编译器也会以类似的方式处理它们。

您上面引用的代码是为处理第一系列语言的编译器设计的，它适合 ARM 处理器的需求。在该语言中，结构的每个项目将被放置在满足其对齐要求的最低偏移处。 C11 标准及其任何前身都没有要求编译器保证以这种方式布局结构，也没有为那些有时以其他方式表明这一事实的人提供任何方便的方式。从C11标准的角度来看，结构元素可以任意放置，受到相对较少的约束。我认为 C89 的作者可能认为编译器编写者会按顺序布置内容，无论是否有授权，除非在极少数平台上，因为在极少数平台上可能有令人信服的理由这样做，因此没有理由要求他们按照自己的方式行事无论如何我们都会去。然而，有些人似乎认为缺乏授权意味着公开邀请任意安排事情，任何依赖特定布局的代码都应被视为“有缺陷”。