嵌入式編程中的復(fù)雜指針的使用

• 1.說(shuō)明

• 2.函數(shù)指針與指針函數(shù)

• 3.const修飾的指針問(wèn)題

• 4.函數(shù)指針直接跳轉(zhuǎn)的問(wèn)題

• 5.回調(diào)函數(shù)

• 6.總結(jié)

1.說(shuō)明

在C語(yǔ)言編程中，指針是最容易出錯(cuò)的地方，尤其是在很多指針同時(shí)出現(xiàn)的時(shí)候，看的眼花繚亂的，本文從嵌入式中常用的復(fù)雜角度進(jìn)行分析，徹底搞清楚c語(yǔ)言中的容易弄錯(cuò)的指針使用問(wèn)題。

2.函數(shù)指針與指針函數(shù)

在c語(yǔ)言中，函數(shù)是有他的地址，同理，函數(shù)有也有他的地址，如果如果我們把函數(shù)的地址賦值給函數(shù)指針，那么我們就可以間接的通過(guò)函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)地址了。

函數(shù)指針的定義如下:

數(shù)據(jù)類(lèi)型 (*fun)(參數(shù)列表)；

由于()的優(yōu)先級(jí)高于*。

指針函數(shù)的定義如下:

數(shù)據(jù)類(lèi)型 * fun(參數(shù)列表);

其返回值為數(shù)據(jù)類(lèi)型 *。

實(shí)例：通過(guò)函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)指針

第一步：定義函數(shù)指針

int* (*pfun)(int*,int*);

這里調(diào)用了一個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型為int *的函數(shù)指針，其中兩個(gè)參數(shù)為兩個(gè)int*。

第二步：定義指針函數(shù)

int* fun(int*, int*);

這里函數(shù)的返回值是int *。

第三步：實(shí)現(xiàn)函數(shù)指針

int* fun(int* a, int* b)
{
    int* ret = 0;
    (*ret) = (*a) + (*b);
    return ret;
}

第四步：把函數(shù)的地址賦值給函數(shù)指針

int main(int argc, char** argv)
{
    int a = 3, b = 2,c = 0;
    pfun = fun;
    c = *((*pfun)(&a,&b));
    rt_kprintf("c is %d\n", c);
    return0;
}

其中最關(guān)鍵的是賦值和調(diào)用，賦值時(shí)采用的是pfun = fun;,而間接調(diào)用函數(shù)時(shí)采用的是*((*pfun)(&a,&b));。

3.const修飾的指針問(wèn)題

首先看一下下面的語(yǔ)句：

constint *p;
intconst *q;
int *const r;
constint * const x;

在進(jìn)行c語(yǔ)言編程時(shí)，經(jīng)常會(huì)用const來(lái)修飾一個(gè)變量，這樣阻止一個(gè)變量被改變。

前面兩個(gè)const int *p;與int const *q;表達(dá)的含義一樣，p和q都被申明為const int類(lèi)型的指針。也就是說(shuō)，在程序中，不可以修改*p和*q的值。為了閱讀便利，通常采用const在前面的方式。

int a = 3, b = 2;
    constint *p = &a;
    p = &b;
    *p = 5;//err
    rt_kprintf("*p is %d\n", *p);

其中*p的值不可以被修改，但是p的值是可以被修改的。

對(duì)于int *const r;

int *const r = &a;
    r = &b;//err
    *r = 6;
    rt_kprintf("r is %d\n",*r);

其中r=&b是錯(cuò)誤的。

結(jié)合上述操作，得到const int * const x = &a;。這個(gè)是需要在使用的時(shí)候進(jìn)行賦值，而且不可以修改，也就是

x = &b;//err
*x = 6;//err

這些操作都是錯(cuò)誤的。

4.函數(shù)指針直接跳轉(zhuǎn)的問(wèn)題

我們?cè)谡鎸?shí)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中,可能需要直接跳轉(zhuǎn)到函數(shù)的某個(gè)地址去指針。

void (*function_p)(void);  //定義函數(shù)指針function_p，無(wú)返回值，無(wú)參數(shù)
function_p = my_func;  //函數(shù)指針指向function函數(shù)
(*function_p)();  //采用函數(shù)指針運(yùn)行函數(shù)

這個(gè)等同于直接調(diào)用my_func函數(shù)，那么這個(gè)有什么意義呢？

其實(shí)這樣提出了一個(gè)思路，就是可以根據(jù)函數(shù)的地址，跳轉(zhuǎn)到函數(shù)中。比如我們?cè)赽ootloader中，當(dāng)把二進(jìn)制文件加載到內(nèi)存中后，如何去執(zhí)行這個(gè)kernel程序呢？也就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)bootloader到kernel的跳轉(zhuǎn)。

((void(*)())0x80000)();

這里就是說(shuō)0x80000處的地址是函數(shù)類(lèi)型，并且沒(méi)有返回值。當(dāng)我們的kernel地址為0x80000時(shí)程序跳轉(zhuǎn)過(guò)去，不再返回。這就是一個(gè)比較經(jīng)典的例子。

5.回調(diào)函數(shù)

回調(diào)函數(shù)可以說(shuō)是c語(yǔ)言對(duì)函數(shù)指針的高級(jí)應(yīng)用。簡(jiǎn)而言之，回調(diào)函數(shù)就是通過(guò)函數(shù)指針調(diào)用的函數(shù)。也就是說(shuō)我們把函數(shù)的指針通過(guò)函數(shù)參數(shù)傳遞給函數(shù)使用，這時(shí)我們就可以認(rèn)為被調(diào)用的函數(shù)是回調(diào)函數(shù)。

我們來(lái)分析一個(gè)rt-thread中具體例子，來(lái)分析回調(diào)函數(shù)的妙用。

用過(guò)rt-thread操作系統(tǒng)的人都知道，rt-thread采用了設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架，也就是開(kāi)發(fā)的過(guò)程中可以采用虛擬文件系統(tǒng)的操作對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行操作?？匆幌?code style="font-size: 14px;overflow-wrap: break-word;padding: 2px 4px;border-radius: 4px;margin-right: 2px;margin-left: 2px;background-color: rgba(27, 31, 35, 0.05);font-family: "Operator Mono", Consolas, Monaco, Menlo, monospace;word-break: break-all;color: rgb(71, 193, 168);">rt_device結(jié)構(gòu)體內(nèi)容。

/**
 * Device structure
 */
struct rt_device
{
    struct rt_object parent;/**< inherit from rt_object */

    enum rt_device_class_type type;                     /**< device type */
    rt_uint16_t               flag;                     /**< device flag */
    rt_uint16_t               open_flag;                /**< device open flag */

    rt_uint8_t                ref_count;                /**< reference count */
    rt_uint8_t                device_id;                /**< 0 - 255 */

    /* device call back */
    rt_err_t (*rx_indicate)(rt_device_t dev, rt_size_t size);
    rt_err_t (*tx_complete)(rt_device_t dev, void *buffer);

#ifdef RT_USING_DEVICE_OPS
    conststruct rt_device_ops *ops;
#else
    /* common device interface */
    rt_err_t  (*init)   (rt_device_t dev);
    rt_err_t  (*open)   (rt_device_t dev, rt_uint16_t oflag);
    rt_err_t  (*close)  (rt_device_t dev);
    rt_size_t (*read)   (rt_device_t dev, rt_off_t pos, void *buffer, rt_size_t size);
    rt_size_t (*write)  (rt_device_t dev, rt_off_t pos, constvoid *buffer, rt_size_t size);
    rt_err_t  (*control)(rt_device_t dev, int cmd, void *args);
#endif

#if defined(RT_USING_POSIX)
    conststruct dfs_file_ops *fops;
    struct rt_wqueue wait_queue;
#endif

    void                     *user_data;                /**< device private data */
};

其中我們重點(diǎn)分析下面回調(diào)函數(shù)的接口。

rt_err_t (*rx_indicate)(rt_device_t dev, rt_size_t size);
    rt_err_t (*tx_complete)(rt_device_t dev, void *buffer);

第一個(gè)函數(shù)就是說(shuō)底層設(shè)備接收到數(shù)據(jù)時(shí)，可以調(diào)用這個(gè)回調(diào)函數(shù)，上層應(yīng)用實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口即可。

第二個(gè)接口也是底層接口調(diào)用上層應(yīng)用層接口的例子。

根據(jù)rt-thread的設(shè)備編程模型

第一步：找到設(shè)備

rt_device_find

返回一個(gè)rt_device_t類(lèi)型的設(shè)備句柄。

第二步：實(shí)現(xiàn)rx_indicate函數(shù)

xxx_dev->rx_indicate = xxx_rx_indicate;

其中xxx_rx_indicate就是我們需要實(shí)現(xiàn)的函數(shù)，這里可釋放信號(hào)量，告知其他線程有消息到來(lái)。

第三步：底層調(diào)用接口

dev->rx_indicate(dev,size);

有消息到來(lái)時(shí)，調(diào)用該接口，上層應(yīng)用如果實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口，就會(huì)執(zhí)行該函數(shù)，如果沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，可以判斷dev->rx_indicate為空，不執(zhí)行。

這樣，程序?qū)崿F(xiàn)降低耦合性調(diào)用的問(wèn)題。如果我們直接調(diào)用函數(shù)，那么程序設(shè)計(jì)中耦合性太強(qiáng)，這個(gè)也是rt-thread利用回調(diào)函數(shù)降低耦合性的一個(gè)經(jīng)典例子。

6.總結(jié)

好好理解指針使用對(duì)于C語(yǔ)言編程非常重要，磨刀不誤砍材工，只有把基礎(chǔ)打好，上層建筑才能穩(wěn)固。也只有基礎(chǔ)不斷的積累，不斷的總結(jié)，思想境界才能有所提高。程序設(shè)計(jì)不僅僅是口頭功夫，也不是兩三個(gè)月的快速入門(mén)能夠熟練掌握，需要日積月累，不積跬步，無(wú)以至千里，不積小流，無(wú)以成江海。以此自勉。

來(lái)源：嵌入式IoT，作者：bigmagic