近日網友 0319 留言請教關於 NXC 編譯問題，在此補充討論另一核心議題，從 MCU (Micro Control Unit) 的角度看程式執行，這樣可能可以解答一些程式設計者的疑惑。
學過計算機概論的朋友，應該知道什麼是 CPU (Central Processing Unit)、ROM (Read-Only Memory)、RAM (Random-Access Memory)、IO (Input/Output)，簡單說這些東西相當於人的頭腦、永久記憶區、臨時記憶區、感官與四肢。 CPU 在執行程式時對於 RAM 的使用，有些重要的觀念，因為教科書很少提及或是老師略過沒教，導致許多程式設計師並不明白原理，個人就在此補充說明。
首先，堆疊觀念，CPU 會選定一塊 RAM 區域當堆疊運用，所有的 CPU 都有這麼一塊區域，它受 CPU 控制使用，一般使用者沒辦法直接使用它。什麼是堆疊？它像許多本書堆在一起，每一本書代表一筆資料，新資料會疊在舊資料的上面，因此最上面的東西沒被取走之前，被壓在下面的東西是沒辦法使用，LIFO (Last In First Out) 後進先出就是它的操作程序。什麼時候用？呼叫副程式時，必須記住現在程式位置，因此 CPU 會將目前程式位址存入堆疊中，然後跳到副程式執行，如果第一個副程式又再呼叫第二個副程式，那麼會在堆疊中放入第一個副程式的位置。執行完第二個副程式後，會先從堆疊中取出第一個副程式位置跳回去，執行完第一個副程式後，從堆疊中再取出主程式位置跳回去。請參考下圖。
在 NXT 無法使用遞歸 (Recursion) 一文，曾討論過 NXC 無法編譯遞歸的程式，主要就是 NXT 的作業系統限制使用者，如果樂高開放這項限制，那麼可能會有當機的災難發生，只要使用者寫了一個自己呼叫自己的程式，並且執行不完，那麼所有的記憶體就會被堆疊佔用而當機，尤其 NXT 的主要使用者多為學生很喜歡亂搞或者是搞不清楚狀況，那麼 LEGO 就會被抱怨不完。
第二，區域變數 (Local Variables) 與全域變數 (Global Variables) ，這兩類變數的最大差異在於區域變數限用於副程式本身，外部的程式是無法使用的，在標準 C 語言，變數放置位置的宣告有四種方式：auto、register、extern、static，而這些在 NXC 都被省略，在此進一步討論，先談標準 C，再論 NXC。下列例子應該可以說明所有變數情形，
file1.c
char variable_A; // static & global
static char variable_B; // static & global
void main(void) {
char i; // auto & local
variable_A = 1;
for (i=0 ; i＜10 ; i++)
sub1(i);
}
---------------------------------------------------------------------------
file2.c
extern char variable_A; // static & global
extern char variable_B; // static & global
void sub1(char variable_C) { // auto & local
char variable_D; // auto & local
auto char variable_E; // auto & local
register char variable_F; // register & local
static char variable_G; // static & local
variable_A++;
variable_B++;
variable_C++;
variable_D++;
variable_E++;
variable_F++;
variable_G++;
}
static 表示靜態資料會放在堆疊之外，會有自己獨立的記憶空間，資料不會隨意清除，如果是全域變數則所有的程式都可以使用，像 variable_A，main() 將它設為 1，而 sub1() 加十次變為 11。
extern 表示外部變數，這一定是全域變數，變數已經在 file1.c 宣告，file2.c 引用它而已。
auto 表示自動，通常資料會動態放置於堆疊之中，下次再執行相同程式，先前存放的資料會不見，並且會不確定其內容。
register 表示以暫存器放資料，什麼是暫存器？一般 CPU 至少有兩個以上暫存器，可以當資料暫放的地方，利用暫存器做資料運算處理很快，因為它在 CPU 內部，但是你使用 register 變數宣告，編譯器並不一定讓你用得到它！？因為暫存器數量有限，不夠用時，編譯器會找個地方擺資料。資深的韌體工程師為確保編譯結果符合預期，都會再檢查編譯後的機械碼，確定變數資料型態與位置正確。
就個人對 NXC 的了解，它應該使用 static 方式處理變數，這樣使用者的程式較能精確掌控。
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