Keil C51中函數(shù)指針的使用

　　函數(shù)指針在C語(yǔ)言中應(yīng)用較為靈活。在單片機(jī)系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)、文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧等一些較為復(fù)雜的應(yīng)用都大量地使用了函數(shù)指針。Keil公司推出的C51編譯器是事實(shí)上80C51 C編程的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它針對(duì)8051系列CPU硬件在標(biāo)準(zhǔn)ANSI C的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展；但由于編譯器及8051體系結(jié)構(gòu)的限制，造成了在使用函數(shù)指針時(shí)有很多與ANSI C不同的地方。下面舉例說(shuō)明在不同的情形下函數(shù)指針的使用。以下代碼均在Keil μVision3、v8.08 C51、默認(rèn)優(yōu)化等級(jí)的開(kāi)發(fā)環(huán)境下驗(yàn)證通過(guò)。
　　1、指向固定地址的指針
　　在程序設(shè)計(jì)中，常需要跳轉(zhuǎn)到某一特定的地址上執(zhí)行，如引導(dǎo)程序的設(shè)計(jì)?？赏ㄟ^(guò)如下C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)：

intmain(void){((void(code*)(void))0x2000)();return0;}

　　此代碼使得主函數(shù)執(zhí)行位于0x2000地址的程序代碼。其中( (void (code* )(void) )是一種數(shù)據(jù)類(lèi)型，表示一指向代碼段函數(shù)的指針，該函數(shù)無(wú)參數(shù)和無(wú)返回值。它對(duì)數(shù)據(jù)0x2000進(jìn)行了強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換，使函數(shù)指針指向地址為0x2000的代碼段地址。關(guān)于復(fù)雜類(lèi)型的聲明詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1]。
　　通過(guò)反匯編窗口可看到編譯器生成了如下匯編代碼：

C:0x000F122000LCALLC:2000

　　由上可以看出， Keil C51是非常高效的編譯器，產(chǎn)生了非常簡(jiǎn)潔的輸出。這正是我們所期望的。
　　2、無(wú)參數(shù)的函數(shù)指針
　　Keil C51中不帶參數(shù)的函數(shù)指針的使用方法與ANSI C基本相同。示例如下：

voidfoo(void){return;}intmain(void){void(*pfoo)(void);//申明函數(shù)指針pfoopfoo=foo;//對(duì)該指針賦值，指針指向foo函數(shù)代碼段(*pfoo)();//通過(guò)指針調(diào)用其指向的函數(shù)，就是運(yùn)行foo函數(shù)return0;}

　　3、帶參數(shù)的函數(shù)指針
　　一般來(lái)說(shuō)，函數(shù)參數(shù)是通過(guò)堆棧來(lái)傳遞，用PUSH和POP匯編指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的；但由于8051體系及其編譯器的一些限制，使得其函數(shù)參數(shù)的傳遞需要一些特殊的方法。
　　通過(guò)函數(shù)指針調(diào)用函數(shù)屬于函數(shù)的間接調(diào)用，根據(jù)C51的規(guī)定，所有的函數(shù)參數(shù)都需要通過(guò)寄存器傳遞。由于8051的寄存器數(shù)目的限制，函數(shù)指針最多只能傳遞3個(gè)參數(shù)（具體傳遞規(guī)則詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]）。其聲明與調(diào)用方式如下：

void(*pfun)(char,short,int);//申明函數(shù)指針(*pfun)('c',0x1234,0x5678);//調(diào)用改函數(shù)

　　如果需要傳遞3個(gè)以上函數(shù)的參數(shù)，可以把參數(shù)存放到結(jié)構(gòu)體[1]里面，再用一個(gè)指針指向該結(jié)構(gòu)體作為參數(shù)傳遞給函數(shù)指針。也可以使用reentrant關(guān)鍵字將函數(shù)聲明為可重入函數(shù)[2]。
　　4、分析調(diào)用樹(shù)正確使用指針函數(shù)
　　Keil C51編譯器與ANSC C編譯器的區(qū)別之一是，它并不把函數(shù)參數(shù)壓入堆棧中，而是把函數(shù)參數(shù)放在寄存器(register)或固定的內(nèi)存位置(fixed memory location)[2]中。
　　調(diào)用樹(shù)(call tree)是由Keil鏈接器自動(dòng)生成的，用于描述函數(shù)的調(diào)用關(guān)系。鏈接器通過(guò)分析調(diào)用樹(shù)來(lái)確定哪些寄存器或內(nèi)存位置是可安全覆蓋的。這樣兩個(gè)不同時(shí)調(diào)用的函數(shù)就可以共享同一塊memory作為傳遞參數(shù)使用。但對(duì)于函數(shù)指針來(lái)說(shuō)，編譯器并不知道函數(shù)指針將指向哪個(gè)函數(shù)。這導(dǎo)致了調(diào)用樹(shù)構(gòu)造出錯(cuò)的可能，函數(shù)的參數(shù)也可能被錯(cuò)誤覆蓋。示例如下：

voidfoo_caller(int(code*fptr)(unsignedint)){unsignedchari;for(i=0;i<5;++i)　　(*fptr)(i);}intfoo(unsignedintcount){　　longj,k;　　k=0;　　for(j=0;j
　　對(duì)工程“Build target”之后，打開(kāi)該工程目錄下的M51文件查看代碼覆蓋及函數(shù)調(diào)用情況，如下：
OVERLAYMAPOFMODULE:test(?C_STARTUP)SEGMENTDATA_GROUP　+﹥CALLEDSEGMENTSTARTLENGTH?C_C51STARTUP　+﹥?PR?MAIN?MAIN?PR?MAIN?MAIN　+﹥?PR?_FOO?MAIN　+﹥?PR?_FOO_CALLER?MAIN?PR?_FOO?MAIN　　　　0008H0008H?PR?_FOO_CALLER?MAIN0008H0003H
　　從該M51文件可以看出，Keil C51編譯器認(rèn)為main函數(shù)依次調(diào)用了foo與foo_caller函數(shù)。這顯然違反了上面C代碼的初衷，而且foo函數(shù)占用了0008H～0010H，foo_caller函數(shù)占用了0008H～000BH DATA區(qū)，二者傳遞參數(shù)的區(qū)域相互覆蓋。通過(guò)Keil調(diào)試器可知，由于參數(shù)fptr被錯(cuò)誤覆蓋，在第2次調(diào)用(*ftpr)()時(shí)，程序已經(jīng)不能正確跳轉(zhuǎn)至foo函數(shù)執(zhí)行了。
　　顯然，造成上述結(jié)果的原因是生成的調(diào)用樹(shù)出錯(cuò)了。Keil提供了鏈接器OVERLAY偽指令，可讓用戶(hù)自行修改調(diào)用樹(shù)，調(diào)整函數(shù)的調(diào)用關(guān)系?？稍阪溄用钚休斎胍韵旅睿∣VERLAY指令的用法詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]）：
OVERLAY(?PR?MAIN?MAIN~?PR?_FOO?MAIN,?PR?_FOO_CALLER?MAIN!?PR?_FOO?MAIN)
　　或在Keil集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，在“BL51 Misc”－“Overlay”中填入：
?PR?MAIN?MAIN~?PR?_FOO?MAIN,?PR?_FOO_CALLER?MAIN!?PR?_FOO?MAIN
　　再次對(duì)工程“Build target”之后，M51文件片段如下所示：
OVERLAYMAPOFMODULE:test(?C_STARTUP)SEGMENTDATA_GROUP　+﹥CALLEDSEGMENTSTARTLENGTH?C_C51STARTUP　+﹥?PR?MAIN?MAIN?PR?MAIN?MAIN　+﹥?PR?_FOO_CALLER?MAIN?PR?_FOO_CALLER?MAIN0008H0003H　+﹥?PR?_FOO?MAIN?PR?_FOO?MAIN000BH0008H
　　對(duì)比之前生成的M51文件可看出，foo與foo_caller函數(shù)的DATA區(qū)不再重疊，調(diào)用樹(shù)正確地構(gòu)造了。調(diào)試結(jié)果也顯示，輸出正如所期望的一樣。
　　結(jié)語(yǔ)：采用C51設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的單片機(jī)軟件系統(tǒng)是一種較為理想的方法。如何在C51下編寫(xiě)高效而正確的代碼對(duì)軟件開(kāi)發(fā)人員是一個(gè)挑戰(zhàn)。本文介紹的幾種函數(shù)指針使用方法為嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員提供了有益的參考。
參考文獻(xiàn)
[1] Kernighan Brian W, Rithie Dennis M.The C Programming Language 2nd Ed[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
[2] Keil Software Inc. C51.pdf，2001.
[3] 馬忠梅，劉濱，等. 單片機(jī)C語(yǔ)言Windows環(huán)境編程寶典[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.
朱博(碩士研究生），主要研究方向?yàn)橹悄芙煌ㄐ畔⒉杉?；許論輝（博士、教授），主要研究方向?yàn)橹悄芙煌刂啤?/p>