嵌入式系統(tǒng)的編程中指針直接操作內(nèi)存的方法介紹

數(shù)據(jù)指針

在嵌入式系統(tǒng)的編程中，常常要求在特定的內(nèi)存單元讀寫內(nèi)容，匯編有對應(yīng)的MOV指令，而除C/C++以外的其它編程語言基本沒有直接訪問絕對地址的能力。在嵌入式系統(tǒng)的實際調(diào)試中，多借助C語言指針?biāo)哂械膶^對地址單元內(nèi)容的讀寫能力。以指針直接操作內(nèi)存多發(fā)生在如下幾種情況：

(1) 某I/O芯片被定位在CPU的存儲空間而非I/O空間，而且寄存器對應(yīng)于某特定地址；

(2) 兩個CPU之間以雙端口RAM通信，CPU需要在雙端口RAM的特定單元（稱為mail box）書寫內(nèi)容以在對方CPU產(chǎn)生中斷；

(3) 讀取在ROM或FLASH的特定單元所燒錄的漢字和英文字模。

譬如：

unsigned char *p = (unsigned char *)0xF000FF00;
*p="11";

以上程序的意義為在絕對地址0xF0000+0xFF00(80186使用16位段地址和16位偏移地址)寫入11。

在使用絕對地址指針時，要注意指針自增自減操作的結(jié)果取決于指針指向的數(shù)據(jù)類別。上例中p++后的結(jié)果是p= 0xF000FF01，若p指向int，即：

int *p = (int *)0xF000FF00;
p++(或++p)的結(jié)果等同于：p = p+sizeof(int)，而p-(或-p)的結(jié)果是p = p-sizeof(int)。

記?。篊PU以字節(jié)為單位編址，而C語言指針以指向的數(shù)據(jù)類型長度作自增和自減。理解這一點對于以指針直接操作內(nèi)存是相當(dāng)重要的。

函數(shù)指針

首先要理解以下三個問題：

（1）C語言中函數(shù)名直接對應(yīng)于函數(shù)生成的指令代碼在內(nèi)存中的地址，因此函數(shù)名可以直接賦給指向函數(shù)的指針；

（2）調(diào)用函數(shù)實際上等同于"調(diào)轉(zhuǎn)指令＋參數(shù)傳遞處理＋回歸位置入棧"，本質(zhì)上最核心的操作是將函數(shù)生成的目標(biāo)代碼的首地址賦給CPU的PC寄存器；

（3）因為函數(shù)調(diào)用的本質(zhì)是跳轉(zhuǎn)到某一個地址單元的code去執(zhí)行，所以可以"調(diào)用"一個根本就不存在的函數(shù)實體，暈？請往下看：

請拿出你可以獲得的任何一本大學(xué)《微型計算機(jī)原理》教材，書中講到，186 CPU啟動后跳轉(zhuǎn)至絕對地址0xFFFF0（對應(yīng)C語言指針是0xF000FFF0，0xF000為段地址，0xFFF0為段內(nèi)偏移）執(zhí)行，請看下面的代碼：

typedef void (*lpFunction) ( ); /* 定義一個無參數(shù)、無返回類型的*/
/* 函數(shù)指針類型*/
lpFunction lpReset = (lpFunction)0xF000FFF0; /* 定義一個函數(shù)指針，指向*/
/* CPU啟動后所執(zhí)行第一條指令的位置*/
lpReset(); /* 調(diào)用函數(shù)*/

在以上的程序中，我們根本沒有看到任何一個函數(shù)實體，但是我們卻執(zhí)行了這樣的函數(shù)調(diào)用：lpReset()，它實際上起到了"軟重啟"的作用，跳轉(zhuǎn)到CPU啟動后第一條要執(zhí)行的指令的位置。

記?。汉瘮?shù)無它，唯指令集合耳；你可以調(diào)用一個沒有函數(shù)體的函數(shù)，本質(zhì)上只是換一個地址開始執(zhí)行指令！

數(shù)組vs.動態(tài)申請

在嵌入式系統(tǒng)中動態(tài)內(nèi)存申請存在比一般系統(tǒng)編程時更嚴(yán)格的要求，這是因為嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存空間往往是十分有限的，不經(jīng)意的內(nèi)存泄露會很快導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。

所以一定要保證你的malloc和free成對出現(xiàn)，如果你寫出這樣的一段程序：

char * function(void)
{
char *p;
p = (char *)malloc(…);
if(p==NULL)
…;
… /* 一系列針對p的操作*/
return p;
}

在某處調(diào)用function()，用完function中動態(tài)申請的內(nèi)存后將其free，如下：

char *q = function();
…
free(q);

上述代碼明顯是不合理的，因為違反了malloc和free成對出現(xiàn)的原則，即"誰申請，就由誰釋放"原則。不滿足這個原則，會導(dǎo)致代碼的耦合度增大，因為用戶在調(diào)用function函數(shù)時需要知道其內(nèi)部細(xì)節(jié)！

正確的做法是在調(diào)用處申請內(nèi)存，并傳入function函數(shù)，如下：

char *p="malloc"(…);
if(p==NULL)
…;
function(p);
…
free(p);
p="NULL";

而函數(shù)function則接收參數(shù)p，如下：

void function(char *p)
{
… /* 一系列針對p的操作*/
}

基本上，動態(tài)申請內(nèi)存方式可以用較大的數(shù)組替換。對于編程新手，筆者推薦你盡量采用數(shù)組！嵌入式系統(tǒng)可以以博大的胸襟接收瑕疵，而無法"海納"錯誤。畢竟，以最笨的方式苦練神功的郭靖勝過機(jī)智聰明卻范政治錯誤走反革命道路的楊康。

給出原則：

（1）盡可能的選用數(shù)組，數(shù)組不能越界訪問（真理越過一步就是謬誤，數(shù)組越過界限就光榮地成全了一個混亂的嵌入式系統(tǒng)）；

（2）如果使用動態(tài)申請，則申請后一定要判斷是否申請成功了，并且malloc和free應(yīng)成對出現(xiàn)！

const在C++語言中則包含了更豐富的含義，而在C語言中僅意味著："只能讀的普通變量"，可以稱其為"不能改變的變量"（這個說法似乎很拗口，但卻最準(zhǔn)確的表達(dá)了C語言中const的本質(zhì)），在編譯階段需要的常數(shù)仍然只能以#define宏定義！故在C語言中如下程序是非法的：

關(guān)鍵字const

const意味著"只讀"。區(qū)別如下代碼的功能非常重要，也是老生常談，如果你還不知道它們的區(qū)別，而且已經(jīng)在程序界摸爬滾打多年，那只能說這是一個悲哀： const int a;
int const a;
const int *a;
int * const a;
int const * a const;
const int SIZE = 10;
char a[SIZE]; /* 非法：編譯階段不能用到變量*/

關(guān)鍵字volatile

volatile變量可能用于如下幾種情況：
(1) 并行設(shè)備的硬件寄存器（如：狀態(tài)寄存器，例中的代碼屬于此類）；
(2) 一個中斷服務(wù)子程序中會訪問到的非自動變量(也就是全局變量)；
(3) 多線程應(yīng)用中被幾個任務(wù)共享的變量。