指向函数与全局变量的指针

Question

这里的软件经验很少的新 EE。 在过去的几年里，在这个网站上阅读了很多问题，这将是我的第一个问题/帖子。 还没有完全找到这个问题的答案。

我想知道让函数修改主体内的全局变量（不将其作为参数传递）与传递变量地址之间的区别/动机。

以下是每个示例以使其更清楚。 假设我声明了一些函数“peripheral.c”（它们的原型在“peripheral.h”中，并在“implementation.c”中使用它们

方法一：

//peripheral.c

//macros, includes, etc

void function(*x){
   //modify x
}

.

//implementation.c

#include "peripheral.h"

static uint8 var;

function(&var);  //this will end up modifying var

方法二：

//peripheral.c

//macros, includes, etc

void function(void){
   //modify x
}

.

//implementation.c

#include "peripheral.h"

static uint8 x;

function();    //this will modify x

是避免使用“全局”变量的唯一动机吗？ （另外，如果它只有文件范围，它真的是全局的吗？）

希望这个问题是有道理的。 谢谢

Answer 1

接收指向变量的参数的函数更通用。它可用于修改全局变量、局部变量或任何变量。修改全局的函数可以执行该任务并且只能执行该任务。

首选哪个完全取决于上下文。有时一种方法更好，有时另一种方法更好。不可能肯定地说一种方法总是比另一种更好。

至于你的全局变量是否真的是全局的，它是全局的，因为你的进程中只有一个该变量的实例。

Answer 2

static 变量具有内部链接，无法在它们所在的 translation unit 之外访问它们。

因此，如果您想在另一个 TU 中修改 static 全局变量，则必须像第一个示例一样通过函数参数将其作为指针传递。

你的第二个例子不能工作，因为x不能在implementation.c之外访问，它应该给你一个编译错误。

好读：
What is external linkage and internal linkage?

Answer 3

首先，在 C/C++ 中，“全局”确实意味着文件范围（尽管如果您在标头中声明全局，那么它会包含在 #include 该标头的文件中）。

当调用函数有一些数据需要被调用函数修改时，使用指针作为参数很有用，比如在你的例子中。当正在修改其输入的函数不确切知道它正在修改什么时，作为参数的指针特别有用。例如：

scanf("%d", &foo);

scanf 不会知道任何关于 foo 的信息，并且你不能修改它的源代码来让它知道 foo。但是，scanf 使用指向变量的指针，这允许它修改任意变量的值（当然是它支持的类型）。这使得它比依赖全局变量的东西更可重用。

在您的代码中，您通常应该更喜欢使用指向变量的指针。但是，如果您注意到您正在将相同的信息块传递给许多函数，那么全局变量可能是有意义的。也就是说，你应该更喜欢

int g_state;
int foo(int x, int y);
int bar(int x, int y);
void foobar(void);
...

到

int foo(int x, int y, int state);
int bar(int x, int y, int state);
void foobar(int state);
...

基本上，对于应该由它们所在的文件（或文件，如果您在标头中声明全局）中的所有内容共享的值使用全局变量。使用指针作为值的参数，这些值应该在一组较小的函数之间传递以进行共享，以及可能有多个变量您希望对其执行相同操作的情况。

编辑：另外，作为未来的说明，当您说“指向函数的指针”时，人们会假设您的意思是指向函数的指针，而不是将指针作为参数传递给函数. “作为参数的指针”对于您在这里的要求更有意义。

Answer 4

这里有几个不同的问题：

1. 一般来说，“全局变量不好”。如果可以避免，请不要使用它们。是的，最好传递一个指向变量的指针以便函数可以修改它，而不是使其成为全局变量以便函数可以隐式修改它。

2. 话虽如此，全局变量可能很有用：一定要酌情使用它们。

3. 是的，“全局”可以表示“函数之间”（在一个模块内）以及“模块之间”（在整个程序中是全局的）。

4. 关于您的代码有几件有趣的事情需要注意：

   a) 大多数变量是从“堆栈”分配的。当你在这样的函数之外声明一个变量时，它是从“块存储”中分配的——这个空间存在于程序的生命周期中。

   b) 当您将其声明为“静态”时，您将其对其他模块“隐藏”：该名称在模块外不可见。

   c) 如果您想要一个真正的全局变量，您将不使用关键字“static”。你可能在头文件中声明它“extern uint8 var”（所以所有模块都有定义）。

Answer 5

我不确定您的第二个示例是否真的有效，因为您将 x 声明为静态（因此将其范围限制为文件），但除此之外，指针传递版本还有一些优点：

• 它在分配和模块化方面为您提供了更大的灵活性。虽然您只能在文件中拥有一个全局变量的副本，但您可以拥有任意数量的指针，它们可以指向在许多不同位置创建的对象（静态数组、malloc、堆栈变量......）

• 全局变量被强制到每个函数中，因此您必须始终意识到有人可能想要修改它们。另一方面，指针只能由您明确传递给它们的函数访问。

• 除了最后一点之外，全局变量都使用相同的范围，并且它可能会因变量过多而变得混乱。另一方面，指针与普通变量一样具有词法作用域，并且它们的作用域受到更多限制。

---

是的，如果您有一个小的、独立的文件，事情可能会变得有些模糊。如果您不打算实例化多个“对象”，那么有时静态全局变量（单个文件的本地变量）与指向结构的指针一样工作。

Answer 6

全局变量的主要问题是它们在函数或模块之间促进了所谓的"tight coupling"。在您的第二个设计中，peripheral 模块知道并依赖于implementation 的设计，以至于如果您通过删除或重命名x 来更改implementation，您将中断 em> peripheral，即使没有触及任何代码。您还无法独立于implementation 模块重复使用peripheral。

同样，这种设计意味着peripheral 中的function 只能处理x 的单个实例，无论x 代表什么。

理想情况下，函数及其调用者应仅通过参数、返回值和异常（在适当的情况下）进行通信。如果您需要在调用之间维护状态，请使用可写参数来存储该状态，而不是依赖全局。