void 型指针的高阶用法，你掌握了吗？

[导读] 要比较灵活的使用C语言实现一些高层级的框架时，需要掌握一些进阶编程技巧，这篇来谈谈void指针的一些妙用。测试环境采用 IAR for ARM 8.40.1

推荐一首中文歌曲<<后来>>，英文翻唱<<life>>

来自瑞典歌手Sofia Kallgern：

什么是void指针

void指针一般被称为通用指针或叫泛指针。它是C语言关于纯粹地址的一种约定。当某个指针是void型指针时，所指向的对象不属于任何类型。 因为void指针不属于任何类型，则不可以对其进行算术运算，比如自增，编译器不知道其自增需要增加多少。比如char *型指针，自增一定是指针指向的地址加1，short *型指针自增，则偏移2。

在C/C++中，在任意时刻都可以使用其它类型指针来代替void指针，或者用void指针来代替其他类型指针。

由这些特性就可以衍生出很多比较有用的技巧。指针的本质，是其值为一个地址，那么延伸一下：

当使用关键字void声明指针变量时，它将成为通用指针变量。任何数据类型（char，int，float等）的任何变量的地址都可以赋值给void指针变量。

对指针变量的解引用，使用间接运算符*达到目的。但是在使用空指针的情况下，需要转换指针变量以解引用。这是因为空指针没有与之关联的数据类型。编译器无法知道void指针指向的数据类型。因此，要获取由void指针指向的数据，需要使用在void指针位置内保存的正确类型的数据进行类型转换。

对于空指针的解引用，你如不信，就来看看栗子：

看到了吧，直接解引用编译不过，因为编译器蒙了。

但须注意的是：

  • 不同的编译器对void指针处理是不一样的，如IAR,ANSI C，VC对上述都将出错，而GNU指定“void”的算法操作与“char”一致，因此上述写法在GNU则可以编译

所以做个类型转换，修正如下：

  • void型指针解引用须做类型指定。
  • 类型转换的时候须注意类型匹配。

另外，如果函数类型可以是任意类型的指针，则需将其参数定义为void *指针,例如string.h中关于内存操作的函数集：

  __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);

非易失存储管理应用

在单片机开发中，往往需要实现数据的非易失存储。所谓非易失存储，就是数据改写后在掉电后仍然能保持。哪些是非易失存储介质呢？比如EEPROM,FLASH等都属于非易失存储介质。

比如一个产品里面有很多各种各样的参数，且分布在各个子系统文件中。举个栗子：

/*模块A中有这样一个结构体需要非易失存储*/typedef struct _t_paras{   int language;/*语言种类*/   char SN[20]; /*产品序列号*/}T_PARAS;T_PARAS sysParas;

/*模块B中有这样一个结构体需要非易失存储*/typedef struct _t_pid{   float kp;   float ki;   float kd;   float T;}T_PID;T_PID pidParas;

面对这样一个需求，要实现非易失存储，我在将底层的EEPROM/FLASH读写函数实现的基础上，将上述应用数据按照一定顺序存储管理。那么更为理想的方式是什么呢？设计一个模块专门负责存储非易失数据。比如：

typedef struct _t_nv_layout{
     void * pElement; /*参数地址*/
     int    length;   /*参数长度*/
}T_NV_LAYOUT;
/*参数映射表*/
T_NV_LAYOUT nvLayout[]={
    {&sysParas,sizeof(T_PARAS)},/*参数映射记录*/
    {&pidParas,sizeof(T_PID)},
    ...
};
/*参数映射表记录条数*/
#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);

将上述设计思想，利用UML描述一下：

在上述基础上，我们只需要设计硬件层抽象，即可设计出一个可行的、比较通用的NV管理子系统，这样设计出的子系统忽略了业务数据，仅仅将其处理为数据，并不关心其业务意义。实现了业务逻辑与后台的隔离解耦。做到了通用性。这里就比较巧妙的利用了void *指针的特性。如果对于该设计思想，在进一步延伸，将底层的抽象在做一层封装，将更细节的底层实现细节隔离抽象，比如：

  • 抽象I2C/SPI EEPROM，将其对上层的调用接口统一，那么如果你的系统原本是存储在I2C EEPROM中，现在做一个新项目，你需要使用另外一种SPI接口的EEPROM，则只需要实现相应的底层处理函数即可。
  • 将存储介质抽象，比如是EEPROM/DATA FLASH等...
  • ....

那么怎么做到底层抽象呢，我们可以利用函数指针定义统一的接口，具体部署时，只需要将实现函数的指针赋值给对应的函数指针即可，这样就做到了接口的抽象统一。其实这就是驱动模型的一个简易雏形。

总结一下

这篇文章引入了一些编程思想，对于单片机/嵌入式进阶编程比较有用：

  • 利用void *指针，将业务数据与底层存储实现了抽象解耦
  • 利用分层抽象实现了代码具有良好的可移植性
  • 利用函数指针实现了C++等高级语言的虚函数定义接口的思想
  • 统一接口底层实现抽象，实现了驱动分层的思想
  • void *指针由这个例子，可以延伸出很多类似的应用

启示：一些语言细节如果深入了解其背后的机理，可以得到很多比较巧妙的应用。

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