嵌入式Linux C语言——指针与函数

Posted 2020-07-25

嵌入式Linux C语言（三）——指针与函数

    指针对函数的功能有巨大的贡献，指针能够将数据传递给函数，并且允许函数对数据进行修改。指针对于函数的作用主要有两方面：将指针传递给函数和声明函数指针。

一、程序的栈和堆

程序的栈和堆是C语言程序运行的运行时元素。

1、程序栈

程序栈是支持函数执行的内存区域，通常和堆共享一块内存区域，通常程序栈占据内存区域的下部，堆用内存区域的上部。程序栈存放栈帧，栈帧存放函数参数和局部变量。调用函数时，函数的栈帧被推倒栈上，栈向上长出一个栈帧，当函数终止时，函数的栈帧从程序栈上弹出，栈帧所使用的内存不会被清理，但可能会被推倒程序栈上的另一个函数的栈帧所覆盖。动态分配的内存来自于堆，堆向下生长，随着内存的分配和释放，堆中会布满碎片。尽管堆是向下生长的，但只是一个大体方向，实际内存可能分配在堆上的任意位置。

2、栈帧

栈帧的组成：

    A、返回地址

    函数完成后要返回的程序内部地址

    B、局部数据存储

    为局部变量分配的内存

    C、参数存储

    为函数参数分配的内存

    D、栈指针和基指针

    运行时系统用来管理栈的指针

    栈指针通常指向栈的顶部，基指针（帧指针）通常存在并指向栈帧内部的地址

ARM的栈帧布局如下：

    main stack frame为调用函数的栈帧，func1 stack frame为当前函数(被调用者)的栈帧，栈底在高地址，栈向下增长。图中FP就是栈基址，指向函数的栈帧起始地址；SP则是函数的栈指针，指向栈顶的位置。ARM压栈的顺序依次为当前函数指针PC、返回指针LR、栈指针SP、栈基址FP、传入参数个数及指针、本地变量和临时变量。如果函数准备调用另一个函数，跳转之前临时变量区先要保存另一个函数的参数。

 

二、通过指针传递和返回数据

1、用指针来传递数据

函数中用指针变量作为参数来传递数据可以在函数中修改数据，如果不需要修改数据，则将指针变量限制为const类型。典型的函数应用如下：

char *strcpy(char *dest, const char *src);

如果函数用值传递数据，则在函数中将无法修改数据。

2、返回指针

    返回指针需要返回的类型是某种数据类型的指针。

从函数返回指针存在的问题：

    A、返回未初始化的指针

    B、返回指向无效地址的指针。

    C、返回局部变量的指针

    D、返回指针但是没有释放内存

    从函数返回动态分配的内存，在使用完内存后必须释放，否则会造成内存泄漏。

函数返回局部数据的指针或局部变量是错误的，函数返回后，局部数据所在的栈帧将会被弹出程序栈，保存在栈帧上的数据极易被后续调用函数的栈帧覆盖。通过将局部变量声明为static类型，可以将局部数据、变量的作用域限定在函数内部，但分配在栈外（data数据段），可以避免局部数据、变量被其他函数的栈帧覆盖。

3、传递指针的指针

将指针传递给函数时，传递的是指针变量的值，如果需要修改原指针而不是指针变量的副本，就需要传递指针的指针。

三、函数指针

    函数指针是持有函数地址的指针变量，指向函数地址的指针变量。

1、函数指针的声明

函数指针变量的声明一般格式为;

数据类型 (*指针变量名)();

Void * fun(void);//返回void*类型指针的函数

void (*pFun)(void);//函数指针

void *(*pFun)(void *, void *);//函数指针

typedef void(*Fun)(void);//定义一个函数指针类型Fun

Fun pfun = fun;//将函数fun的地址赋值给函数指针pfun

Fun pfun = &fun;//将函数fun的地址赋值给函数指针pfun

void *(*pf[5])(void);//函数指针数组

2、函数指针的使用

调用函数指针的一般流程：

    A、定义函数指针变量

    B、被调函数的入口地址（函数名）赋予该函数指针变量

    C、用函数指针变量形式调用函数

    D、函数指针变量形式调用函数的一般形式为：(*指针变量名) (实参列表)

函数调用和函数指针变量形式调用函数方式如下：

    fun();//函数调用

    (*fun)();//函数指针变量形式调用函数

    (**fun)();//函数指针变量形式调用函数

    pfun();//函数指针形式调用函数

    (*pfun)();//函数指针形式调用函数

    (**pfun)();//函数指针形式调用函数

函数指针变量不能进行算术运算，函数指针的偏移是毫无意义的。函数调用中(*指针变量名)的两边的括号不可少，其中的*不应该理解为求值运算，*只是一种表示符号。

3、传递函数指针

将函数指针变量作为函数的参数进行传递，使程序代码变得更加灵活。

int add(int num1, int num2)

{

return num1 + num2;

}

int sub(int num1, int num2)

{

return num1 - num2;

}

typedef int (*pFun)(int, int);

int compute(pFun operation, int num1, int num2)

{

return operation(num1, num2);

}

compute(add, 5, 6);

compute(sub, 10,2);

    add、sub函数的地址被传递给compute函数作为参数，compute使用add、sub函数的地址调用对应的操作。

4、返回函数指针

返回函数指针需要把函数的返回类型声明为函数指针。

int add(int num1, int num2)

{

return num1 + num2;

}

int sub(int num1, int num2)

{

return num1 - num2;

}

typedef int (*pFun)(int, int);

pFun select(char opcode)

{

switch(opcode)

{

case ‘+’:

return add;

case ‘-’:

return sub;

}

}

int evaluate(char opcode, int num1, num2)

{

pFun operation = select(opcode);

return operation(num1, num2);

}

evaluate(‘+’, 5, 6);

evaluate(‘-’, 10, 6);

通过输入一个字符和两个操作数就可以进行相应的计算

5、函数指针数组使用

    函数指针数组可以基于某些条件选择要执行的函数，函数指针数组声明如下：

第一种声明：

typedef int (*operation)(int, int);

operation operations[128] = {NULL};

第二种声明：

int (*operations[128]) (int, int) = {NULL};

函数指针数组声明后可以将某一类操作函数赋值给数组。

operations[‘+’] = add;

operations[‘-’] = sub;

int evaluate_array(char opcode, int num1, num2)

{

pFun operation = operations[opcode];

return operation(num1, num2);

}

evaluate_array(‘+’, 6 ,9);

6、函数指针转换

将指向函数的指针变量转换为其它类型的指针变量。无法保证函数指针和数据指针相互转换后正常工作。

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