void 型指針的高階用法，你掌握了嗎？

關(guān)注、星標(biāo)嵌入式客棧，干貨及時(shí)送達(dá)

[導(dǎo)讀] 要比較靈活的使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)一些高層級(jí)的框架時(shí)，需要掌握一些進(jìn)階編程技巧，這篇來(lái)談?wù)剉oid指針的一些妙用。測(cè)試環(huán)境采用 IAR for ARM 8.40.1

推薦一首中文歌曲<<后來(lái)>>，英文翻唱<<life>>

來(lái)自瑞典歌手Sofia Kallgern：

什么是void指針

void指針一般被稱為通用指針或叫泛指針。它是C語(yǔ)言關(guān)于純粹地址的一種約定。當(dāng)某個(gè)指針是void型指針時(shí)，所指向的對(duì)象不屬于任何類型。 因?yàn)関oid指針不屬于任何類型，則不可以對(duì)其進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，比如自增，編譯器不知道其自增需要增加多少。比如char *型指針，自增一定是指針指向的地址加1，short *型指針自增，則偏移2。

在C/C++中，在任意時(shí)刻都可以使用其它類型指針來(lái)代替void指針，或者用void指針來(lái)代替其他類型指針。

由這些特性就可以衍生出很多比較有用的技巧。指針的本質(zhì)，是其值為一個(gè)地址，那么延伸一下：

當(dāng)使用關(guān)鍵字void聲明指針變量時(shí)，它將成為通用指針變量。任何數(shù)據(jù)類型（char，int，float等）的任何變量的地址都可以賦值給void指針變量。

對(duì)指針變量的解引用，使用間接運(yùn)算符*達(dá)到目的。但是在使用空指針的情況下，需要轉(zhuǎn)換指針變量以解引用。這是因?yàn)榭罩羔槢](méi)有與之關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)類型。編譯器無(wú)法知道void指針指向的數(shù)據(jù)類型。因此，要獲取由void指針指向的數(shù)據(jù)，需要使用在void指針位置內(nèi)保存的正確類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。

對(duì)于空指針的解引用，你如不信，就來(lái)看看栗子：

看到了吧，直接解引用編譯不過(guò)，因?yàn)榫幾g器蒙了。

但須注意的是：

• 不同的編譯器對(duì)void指針處理是不一樣的，如IAR,ANSI C，VC對(duì)上述都將出錯(cuò)，而GNU指定“void”的算法操作與“char”一致，因此上述寫法在GNU則可以編譯

所以做個(gè)類型轉(zhuǎn)換，修正如下：

• void型指針解引用須做類型指定。
• 類型轉(zhuǎn)換的時(shí)候須注意類型匹配。

另外，如果函數(shù)類型可以是任意類型的指針，則需將其參數(shù)定義為void *指針,例如string.h中關(guān)于內(nèi)存操作的函數(shù)集：

  __EFF_NENW1NW2   __ATTRIBUTES   int       memcmp(const void *, const void *,
                                                   size_t);
  __EFF_NENR1NW2R1 __DEPREC_ATTRS void *    memcpy(void *_Restrict,
                                                   const void *_Restrict,
                                                   size_t);
  __EFF_NENR1NW2R1 __DEPREC_ATTRS void *    memmove(void *, const void *,
                                                    size_t);
  __EFF_NENR1R1    __DEPREC_ATTRS void *    memset(void *, int, size_t);

非易失存儲(chǔ)管理應(yīng)用

在單片機(jī)開(kāi)發(fā)中，往往需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的非易失存儲(chǔ)。所謂非易失存儲(chǔ)，就是數(shù)據(jù)改寫后在掉電后仍然能保持。哪些是非易失存儲(chǔ)介質(zhì)呢？比如EEPROM,FLASH等都屬于非易失存儲(chǔ)介質(zhì)。

比如一個(gè)產(chǎn)品里面有很多各種各樣的參數(shù)，且分布在各個(gè)子系統(tǒng)文件中。舉個(gè)栗子：

/*模塊A中有這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)體需要非易失存儲(chǔ)*/
typedef struct _t_paras{
   int language;/*語(yǔ)言種類*/
   char SN[20]; /*產(chǎn)品序列號(hào)*/
}T_PARAS;
T_PARAS sysParas;

/*模塊B中有這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)體需要非易失存儲(chǔ)*/
typedef struct _t_pid{
   float kp;
   float ki;
   float kd;
   float T;
}T_PID;
T_PID pidParas;

面對(duì)這樣一個(gè)需求，要實(shí)現(xiàn)非易失存儲(chǔ)，我在將底層的EEPROM/FLASH讀寫函數(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，將上述應(yīng)用數(shù)據(jù)按照一定順序存儲(chǔ)管理。那么更為理想的方式是什么呢？設(shè)計(jì)一個(gè)模塊專門負(fù)責(zé)存儲(chǔ)非易失數(shù)據(jù)。比如：

typedef struct _t_nv_layout{
     void * pElement; /*參數(shù)地址*/
     int    length;   /*參數(shù)長(zhǎng)度*/
}T_NV_LAYOUT;
/*參數(shù)映射表*/
T_NV_LAYOUT nvLayout[]={
    {&sysParas,sizeof(T_PARAS)},/*參數(shù)映射記錄*/
    {&pidParas,sizeof(T_PID)},
    ...
};
/*參數(shù)映射表記錄條數(shù)*/
#define NV_RECORD_NUMBER  (sizeof(nvLayout)/sizeof(T_NV_LAYOUT))
void nv_load(T_NV_LAYOUT *pLayout,int nvAddr,int number);
void nv_store(T_NV_LAYOUT *pLayout,int nvAddr,int number);

將上述設(shè)計(jì)思想，利用UML描述一下：

在上述基礎(chǔ)上，我們只需要設(shè)計(jì)硬件層抽象，即可設(shè)計(jì)出一個(gè)可行的、比較通用的NV管理子系統(tǒng)，這樣設(shè)計(jì)出的子系統(tǒng)忽略了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，僅僅將其處理為數(shù)據(jù)，并不關(guān)心其業(yè)務(wù)意義。實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯與后臺(tái)的隔離解耦。做到了通用性。這里就比較巧妙的利用了void *指針的特性。如果對(duì)于該設(shè)計(jì)思想，在進(jìn)一步延伸，將底層的抽象在做一層封裝，將更細(xì)節(jié)的底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)隔離抽象，比如：

• 抽象I2C/SPI EEPROM，將其對(duì)上層的調(diào)用接口統(tǒng)一，那么如果你的系統(tǒng)原本是存儲(chǔ)在I2C EEPROM中，現(xiàn)在做一個(gè)新項(xiàng)目，你需要使用另外一種SPI接口的EEPROM，則只需要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的底層處理函數(shù)即可。
• 將存儲(chǔ)介質(zhì)抽象，比如是EEPROM/DATA FLASH等...
• ....

那么怎么做到底層抽象呢，我們可以利用函數(shù)指針定義統(tǒng)一的接口，具體部署時(shí)，只需要將實(shí)現(xiàn)函數(shù)的指針賦值給對(duì)應(yīng)的函數(shù)指針即可，這樣就做到了接口的抽象統(tǒng)一。其實(shí)這就是驅(qū)動(dòng)模型的一個(gè)簡(jiǎn)易雛形。

總結(jié)一下

這篇文章引入了一些編程思想，對(duì)于單片機(jī)/嵌入式進(jìn)階編程比較有用：

• 利用void *指針，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與底層存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)了抽象解耦
• 利用分層抽象實(shí)現(xiàn)了代碼具有良好的可移植性
• 利用函數(shù)指針實(shí)現(xiàn)了C++等高級(jí)語(yǔ)言的虛函數(shù)定義接口的思想
• 統(tǒng)一接口底層實(shí)現(xiàn)抽象，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)分層的思想
• void *指針由這個(gè)例子，可以延伸出很多類似的應(yīng)用

啟示：一些語(yǔ)言細(xì)節(jié)如果深入了解其背后的機(jī)理，可以得到很多比較巧妙的應(yīng)用。

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