认识Arduino与C语言的指针和指针数组

读者询问如何在Arduino中建立数个自定义函式,并且透过「函式指针数组」,在不使用if…else或switch…case等条件判断式的情况下,让程序依据变数的值,执行不同的自定义函式。

下文将先介绍Arduino与C程序语言的函式指针语法。

建立函式指针程序

就像变数一样,函式(function)同样被暂存在某个內存内存块,可以透过指针(pointer)取用;指向函式的指针称为「函式指针(function pointer)」

底下的Arduino程序宣告了一个hello()自定义函式,并透过一个叫做‘f’的指针指向并执行它:

若在Arduino执行此程序,将能在序列端口监控视窗看见“hello world.”信息。

函式指针的语法

函式指针的语法如下:

指针名称必须用代表「优先处理」的小括号包围,如果少了小括号,程序叙述的意义将大不相同:

上面的Arduino代码,若用C语言改写,将变成:

#include <stdio .h>

// 宣告自訂函式
void hello() {
  printf("hello world.\n");
}

// 宣告指向hello函式的函式指標
void (*f)() = hello;

void main(void) {
  // 透過函式指標執行hello函式
  (*f)();
}
</stdio>

函式指针的参数传递与传回值

假如要透过指针参照具有输入参数和传回值的函式,例如,一个计算并传回两整数相加值的自定义函式“sum”:

函式指针的定义也要跟着修改:

完整的Arduino示例程序如下:

// 宣告自訂函式
int sum(int x, int y) {
  return x + y;
}

// 宣告具有兩個參數以及整數傳回值的函式指標
int (*f)(int x, int y) = sum;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  
  // 執行函式指標並傳遞兩個參數
  int val = (*f)(8, 4);
  
  // 將在序列埠監控視窗顯示"Ans: 12"
  Serial.print("Ans: ");
  Serial.println(val);
}

void loop() {
  // 這裡沒有程式
}

相同功能的C语言程序的示例如下:

#include <stdio .h>

int sum(int x, int y) {
  return x + y;
}

int (*f)(int x, int y) = sum;

void main(void) {
  int val = (*f)(8, 4);
  
  printf("Ans: %d\n", val);
}
</stdio>

函式指针数组

认识函式指针的语法之后,函式指针数组的语法也很容易理解。假设程序事先宣告了名叫fn0,fn1和fn3的函式,底下的叙述将透过自定义的“f”指针数组指向它们:

底下是Arduino版本的函式指针数组示例,上传代码之后,开启序列端口监控视窗,接着在序列端口监控视窗中输入0~2的数字,程序将执行对应的fn0~fn2函式。

// 宣告三個自訂函式
void fn0() {
  Serial.println("Hello from fn0.");
}

void fn1() { 
  Serial.println("Hello from fn1.");
}

void fn2() {
  Serial.println("Hello from fn2.");
}

// 建立函式陣列指標
void (*f[3]) () = {fn0,fn1,fn2};

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Please input number 0~2:");
}

void loop() {
  if( Serial.available() ) {
    // 讀取序列輸入值,並轉換成整數。
   byte val = Serial.read() - 48;
   // 確認輸入值介於0和2之間
   if (val >= 0 && val < = 2) {
     // 將val當作陣列索引,執行對應的函式。
      (*f[val])();
   } else {
     // 若輸入值超過指定範圍,則顯示“Wrong number!”(錯誤數字!)
      Serial.println("Wrong number!");
    }
  }
}

底下是C程序语言的版本:

#include <stdio .h>

void fn0() {
  printf("Hello from fn0.\n");
}

void fn1() { 
  printf("Hello from fn1.\n");
}

void fn2() {
  printf("Hello from fn2.\n");
}

void (*f[3]) () = {fn0,fn1,fn2};

void main(void) {
  int val;

  printf("\nPlease input number 0~2:");
  // 讀取輸入值
  scanf("%d",&val);

  if(val>=0 && val< =2) { 
    (*f[val])();
  } else {
    printf("Wrong number!\n");
  }
}

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