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嵌入式Linux C语言（三）——指针与函数

2019-07-13 03:08发布生成海报

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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。

4、函数参数的求值顺序

函数参数的求值顺序依赖于编译器的实现。GCC编译器#include void fun(int i, int k){ printf("%d %d ", i, k); } int main(int argc, char *argv[]){ int k = 1; int i = 1;int j = 1;int l = 1;j = j++ + j++;//j = 4l = ++l + ++l;//l = 6 fun(++k,++k);//3,3 fun(i++,i++);//2,1 return 0;} 函数参数的入栈顺序函数调用发生时，参数会被传递给被调用的函数，返回值则返回给函数调用者。函数调用约定描述了函数参数如何传递到栈以及栈的维护方式。调用约定用于库调用和库开发的时候。从右到左依次入栈：__stdcall, __cdecl, __thiscall 从左到右依次入栈：__pascal, __fastcall 当C语言调用其他语言如pascal语言的库函数时需要显示声明调用约定。

5、可变参数的函数

C语言中可以定义参数可变的函数，参数可变函数的实现依赖于stdarg.h头文件。 va_list:参数集合 va_arg:取具体参数值 va_start:标识参数的开始 va_end:标识参数的结束可变参数必须从头到尾按照顺序逐个访问参数列表中至少要存在一个确定的命名参数可变参数函数无法确定实际存在的参数数量可变参数函数无法确定参数的实际类型，va_arg如果指定了错误的参数类型结构将是不确定的。#include #include float average(int n, ...){ va_list args; int i = 0; float sum = 0;
va_start(args, n); for(i=0; i { sum += va_arg(args, int); } va_end(args); return sum / n;} int main(){ printf("%f ", average(5, 1, 2, 3, 4, 5)); printf("%f ", average(4, 1, 2, 3, 4)); return 0;}

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FunFun pfun = fun;//将函数fun的地址赋值给函数指针pfunFun pfun = &fun;//将函数fun的地址赋值给函数指针pfunvoid *(*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。

四、函数与宏

宏是由预处理器直接展开的，编译器不知道宏的存在，函数是由编译器直接编译的实体，调用行为由编译器决定。多次使用宏会导致可执行程序体积变大，函数是跳转执行的，内存中只有一份函数体存在。宏的效率较高，没有调用开销；函数调用时会记录活动记录，有调用开销。宏的效率比函数高，但宏是文本替换，参数无法进行类型检查，因此可以使用函数完成的功能绝对不能使用宏，并且宏的定义中不能使用递归定义。实例代码：#include #include #define MALLOC(type, x) (type*)malloc(sizeof(type)*x)#define FREE(p) (free(p), p=NULL) #define LOG_INT(i) printf("%s = %d ", #i, i)#define LOG_CHAR(c) printf("%s = %c ", #c, c)#define LOG_FLOAT(f) printf("%s = %f ", #f, f)#define LOG_POINTER(p) printf("%s = %p ", #p, p)#define LOG_STRING(s) printf("%s = %s ", #s, s) #define FOREACH(i, n) while(1) { int i = 0, l = n; for(i=0; i < l; i++)#define BEGIN {#define END } break; } int main(){ int* pi = MALLOC(int, 5); char* str = "D.T.Software"; LOG_STRING(str); LOG_POINTER(pi); FOREACH(k, 5) BEGIN pi[k] = k + 1; END FOREACH(n, 5) BEGIN int value = pi[n]; LOG_INT(value); END FREE(pi); LOG_POINTER(pi); return 0;}

五、递归函数

递归是数学上一种分而自治的思想。递归需要有边界，当边界条件不满足时，递归继续进行；当边界条件满足时，递归终止。递归函数是函数体内自我调用的函数，是递归数学思想在程序设计上的应用。递归函数必须有递归出口，函数没有递归出口将导致无限递归，造成程序栈溢出而崩溃。递归模型的一般表示方法：

1、递归实现求字符串长度函数

int strlen_r(const char* s){ if( *s ) { return 1 + strlen_r(s+1); } else { return 0; }}

2、斐波那契数列解法

斐波那契数列表示如下：1，1，2，3，5，8，13，21，...

int fac(int n){ if( n == 1 ) { return 1; } else if( n == 2 ) { return 1; } else { return fac(n-1) + fac(n-2); } return -1;}

3、递归实现汉诺塔

汉诺塔问题将木块借助B柱由A柱移到C柱每次只能移动一个木块小木块只能放在大木块之上

解决方法：将n-1个木块借助C柱由A柱移动到B柱将最底层的木块直接移动到C柱将B柱上的n-1歌木块借助A柱由B柱移动到C柱 #include void han_move(int n, char a, char b, char c){ if( n == 1 ) { printf("%c --> %c ", a, c); } else { han_move(n-1, a, c, b); han_move(1, a, b, c); han_move(n-1, b, a, c); }} int main(){ han_move(3, 'A', 'B', 'C'); return 0;}

六、函数设计原则

函数设计的一般原则：A、函数是一个独立功能的模块B、函数名要在一定程度上反映函数的功能C、函数参数名要能够体现参数的意义D、尽量避免在函数中使用全局变量E、当函数参数不应该在函数内存被修改时，参数应该使用const声明F、如果参数是指针，且仅用作输入参数，参数应该使用const声明G、不能省略函数返回值，无返回值应声明位voidH、对参数进行有效性检查，对于指针参数的有效性检查很重要I、不要返回指向栈内存的指针，栈内存在函数结束时将自动释放J、函数规模要小，尽量控制在80行内K、函数避免有过多参数，控制在4个采纳数之内
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