嵌入式系统中的函数指针是否有用？

Question

在一次采访中，他们问我在编写嵌入式系统的代码时，使用函数指针是否有益（在速度方面）？我不知道嵌入式系统，所以无法回答这个问题。只是一个阴天或模糊的答案。 那么真正的好处是什么？速度，可读性，维护，成本？

Answer 1

我想也许Viren Shakya的回答错过了面试官试图引出的观点。在某些结构中，使用函数指针可以加速执行。例如，如果你有一个索引，使用它来索引一个函数指针数组可能比一个大开关更快。

但是，如果您要将静态函数调用与通过指针调用进行比较，那么Viren正确地指出还有一个额外的操作来加载指针变量。但没有人合理地尝试以这种方式使用函数指针（只是作为直接调用的替代方法）。

通过指针调用函数不是直接调用的替代方法。所以，“优势”的问题是有缺陷的;它们用于不同的环境，通常用于简化其他代码逻辑和控制流程，而不仅仅是避免静态函数调用。它们的用处在于，要调用的函数的确定是在运行时由代码动态执行，而不是由链接器静态执行。从这个意义上讲，它们在嵌入式系统中当然是有用的，但不是出于与嵌入式系统有关的任何原因。

Answer 2

有很多用途。

嵌入式系统中函数指针的最重要用途是创建向量表。许多MCU架构使用位于NVM中的地址表，其中每个地址指向ISR（中断服务例程）。这样的向量表可以用C语言编写为函数指针数组。

函数指针对回调函数也很有用。作为现实世界的一个例子，前几天我正在为片上实时时钟编写驱动程序。芯片上只有一个时钟，但我需要很多定时器。这是通过为每个软件定时器保存一个计数器来解决的，该计数器由实时时钟中断增加。数据类型如下所示：

typedef struct
{
  uint16_t counter;
  void (*callback)(void);

} Timer_t;

当硬件定时器与软件定时器相同时，通过与计数器一起存储的函数指针调用用户指定的回调函数。像上面这样的东西是嵌入式系统中非常常见的结构。

在创建引导加载程序等时，函数指针也很有用，您将在运行时将代码写入NVM，然后调用它。您可以通过函数指针执行此操作，但不能通过链接函数执行此操作，因为代码实际上并不在链接时。

如上所述，函数指针当然对许多优化很有用，比如优化掉每个“case”是相邻数字的switch语句。

Answer 3

另一件需要考虑的事情是，这个问题将是展示您在开发过程中如何制定设计决策的好机会。我能想象给出的一个回应是转过身来考虑你的实施方案。从Casey和Lundin的答案中得到一个页面，我发现回调函数非常有用，可以将模块彼此隔离并使代码更改更容易，因为我的代码处于永久原型设计阶段，而且事情变化很快且经常发生。我目前关注的是易于开发，而不是速度。

在我的情况下，我的代码通常涉及具有多个模块，这些模块需要相互发信号以同步操作顺序。以前我把它作为一整套标志和数据结构实现了extern链接。通过这种实现，两个问题通常会占用我的时间：

1. 由于任何模块都可以触及外部变量，因此我花了很多时间来监管每个模块，以确保这些变量按预期使用。
2. 如果另一位开发人员引入了新的标志，我发现自己潜入了多个模块，寻找原始声明和（希望）评论中的用法说明。

使用回调函数，问题就会消失，因为函数成为信号机制，并且您可以利用这些优势：

1. 模块交互由功能接口强制执行，您可以测试前/后条件。
2. 对全局共享数据结构的需求较少，因为回调用作外部模块的接口。
3. 减少耦合意味着我可以相对容易地换掉代码。

目前，即使使用了所有额外的函数调用，我的设备仍然能够充分发挥性能。当性能开始成为一个更大的问题时，我会考虑我的替代方案。

回到面试问题，尽管你可能不熟悉功能指针的细节，但我认为你仍然是一个有价值的候选人，因为你知道你在认识到这一过程中做出的权衡。设计过程。

Answer 4

Answer 5

我会说它们在任何环境中都是有益的（在速度方面），而不仅仅是嵌入式。这个想法是，一旦指针指向正确的函数，就不需要进一步的决策逻辑来调用该函数。

Answer 6

是的，它们很有用。我不确定面试官会得到什么。基本上，如果嵌入或不嵌入系统则无关紧要。除非你有严重限制的堆栈。

• 速度不，最快的系统将是单个功能，并且仅使用全局变量和分散的goto。祝你好运。
• 可读性是的，它可能会让一些人感到困惑，但总体来说某些代码在函数指针中更具可读性。它还允许您增加源代码各个方面之间的关注点分离。
• 可维护性是的，使用函数指针，您将拥有更少的条件，更少的重复代码，更多的代码分离，以及通常更正交的软件。

Answer 7

函数指针的一个负面部分是它们永远不会在调用中内联。这可能是有益的，也可能不是有益的，这取决于您是在编译速度还是大小。如果是后者，它们应该与正常的函数调用没有区别。

Answer 8

函数指针的另一个缺点（关于虚函数，因为它们只是核心级别的函数指针）：

制作内联和＆amp;＆amp; virtual将强制编译器创建相同函数的外联副本。这将增加最终二进制文件的大小（假设已经大量使用它）。

经验法则：1：不要内联虚拟呼叫

Answer 9

这是一个棘手的问题。有些行业禁止使用指针。

Answer 10

让我们看看......

速度（比如我们在ARM上）：然后（理论上）：

（正常函数调用ARM指令大小）＆lt; （功能指针调用设置指令大小）

由于它们是设置函数指针调用的附加级别的间接，因此它将涉及额外的ARM指令。

PS：正常函数调用：使用BL设置的函数调用。

PSS：不知道它们的实际尺寸，但应该很容易验证。