GCC C++（ARM）和指向结构字段的常量指针

Question

假设有一个简单的测试代码

typedef struct
{
    int first;
    int second;
    int third;
} type_t;

#define ADDRESS 0x12345678

#define REGISTER ((type_t*)ADDRESS)

const int data = (int)(&REGISTER->second)*2;

int main(void)
{
    volatile int data_copy;

    data_copy = data;

    while(1) {};
}

在 CodeSourcery G++ (gcc 4.3.2) 中为裸机 ARM 编译。它还有一个非常标准的链接器脚本。

在 C 中编译时（作为 main.c），对象“数据”按预期进入 Flash。当用 C++ 编译时（作为 main.cpp），这个对象进入 RAM，并且添加了额外的代码，这些代码只是将值从 Flash 复制到 RAM（值已经计算，只需复制！）。所以编译器可以计算地址，但不知何故不想“只是 使用它”。问题的根源是地址的乘法 - 没有“* 2”乘法，两个版本都按预期工作 - “数据”被放置在闪存中。此外 - 当“数据”声明为：

const int data = (int)(REGISTER)*2;

一切都很好。

C 和 C++ 编译的所有文件都是相同的，唯一的区别是对编译器的调用 - g++ 用于 main.cpp，gcc 用于 main.c（警告级别不同，c++ 禁用了 RTTI 和异常） .

是否有任何简单而优雅的方法来克服这个“C++ 问题”？我确实需要这样的操作来在 Cortex-M3 的位带区域中创建位地址的 const 数组。这是一个错误，还是 C++ 编译器的一些奇怪限制？

我知道我可以在“C”文件中创建数据对象，而只是“extern”——将它们包含在 C++ 中，但这不是很优雅 [;

感谢大家的帮助！

Answer 1

你有几个问题。为什么要取一个地址，将其转换为整数，然后乘以 2？您永远不应该将地址相乘，或将地址存储为整数。你应该对指针做的唯一算术是减去它们（以获得偏移量），或者添加一个带有偏移量的指针以获得另一个指针。

在 C++ 中，全局值初始化的规则比 C 中的要宽松一些。在 C 中，值需要初始化为编译时常量；因此，编译器可以将const 全局值放在只读内存中。在 C++ 中，值可以初始化为不一定是编译时常量的表达式，并且允许编译器在运行时生成代码来计算初始值。此初始化代码在进入 main() 之前调用，类似于全局对象的构造函数。

由于您使用的是常量地址，并且您知道int 在您的平台上有多大（我假设是 32 位），您应该这样做：

接下来，您对volatile 关键字的使用是完全错误的。 volatile 告诉编译器不要将变量保存在寄存器中——每次读取时都应该从内存中重新加载它，并且每次写入时都应该完全写入内存。将局部变量 data_copy 声明为 volatile 实际上是没有用的，除非您期望另一个线程或信号处理程序开始意外地修改它（非常值得怀疑）。此外，data_copy 只是地址的副本，而不是您尝试读取的寄存器的内容。

您应该做的是将REGISTER 声明为指向易失性的指针——这是volatile 的明确目的之一，用于访问内存映射寄存器。你的代码应该是这样的：

#define REGISTER (*(volatile type_t *)ADDRESS)
#define DATA (*(const volatile int *)((ADDRESS+4)*2))

这样当你做这样的事情时：

REGISTER.first = 1;
REGISTER.first = 2;
int x = REGISTER.second;
int y = DATA;

它总是做正确的事：向 0x12345678 写入 1，向 0x12345678 写入 2，从 0x1234567c 读取，从 0x2468acf8 读取。 volatile 关键字确保这些读取和写入始终发生，并且它们不会被优化掉：编译器不会删除对REGISTER.first 的第一次写入，如果它是一个常规变量，这将是多余的。

编辑

在回复您的评论时，请参阅 Andrew Medico 对您的评论的回复 - 您实际上是在将两个指针之间的 差异 乘以 2，这没关系。请注意您的数据类型。我也从未提及任何关于内核的事情。

您可以使用section attribute 让 gcc 将变量放入特定的数据部分：

const volatile int *data __attribute__((section("FLASH")) = /* whatever */;

使用正确的部分名称。如果您不确定那是什么，请获取 C 编译器生成的目标文件（您说将其放在正确的部分），在其上运行 nm，然后查看 C 编译器将其放入的部分。

Answer 2

正确的解决方案是使用 stddef.h 标头中的 offsetof() 宏。

基本上是这样的：

const int data = (int)(&REGISTER->second)*2;

必须替换为

#include <stddef.h>
const int data = (int)(REGISTER + offsetof(type_t,second))*2;

然后将对象放置在 C 和 C++ 的 Flash 中。

Answer 3

你有没有看过gcc Variable Attributes，也许“部分”很好地帮助你放置变量。

Answer 4

1. 您不应该将指针相乘。
2. 不应将指针存储为“int”。

我确信有一种合法的 C++ 方法可以做你想做的事，但我无法从你发布的代码中理解那是什么。

Answer 5

编辑：

你说你想乘以指针，但这很可能是错误的。请记住：(int)(REGISTER) * 2 将等于 (int)(0x12345678 * 2) 等于 0x2468ACF0 可能不是您想要的。您可能想要：REGISTER + sizeof(int) * 2，它是结构最后一个字节之后的 2 个整数。

原答案：

这看起来像是尝试执行“struct hack”失败（该示例使用 c99 样式，但它在 C89 中也可以正常工作，只需将数组 1 作为最后一个元素）。可能你想要的是这样的：

typedef struct {
    int first;
    int second;
    int third;
    unsigned char data[1]; /* we ignore the length really */
} type_t;

type_t *p = (type_t *)0x12345678;

p->data[9]; /* legal if you **know** that there is at least 10 bytes under where data is */

this 的常见用法是用于 malloc 分配的结构，如下所示：

type_t *p = malloc((sizeof(int) * 3) + 20) /* allocate for the struct with 20 bytes for its data portion */

Answer 6

我会说，为了最安全地访问外围设备读写，您应该只使用 volatile 定义和 offset 定义。将外围地址转换为结构不会提供任何类型的对齐或偏移保证。

#define UART_BASE_REG ((volatile uint32_t*)0x12341234)
#define UART_STATUS_REG (UART_BASE_REG + 1)

...

Answer 7

如果我理解正确，您的总体目标总结在此段中：

我确实需要这样的操作来在 Cortex-M3 的位带区域中创建位地址的 const 数组。这是一个错误，还是 C++ 编译器的一些奇怪限制？

我使用 STM32 的 Keil 编译器，它附带的示例之一包含用于设置和清除位带位的宏：

#define RAM_BASE       0x20000000
#define RAM_BB_BASE    0x22000000

#define  Var_ResetBit_BB(VarAddr, BitNumber)    \
 (*(vu32 *) (RAM_BB_BASE | ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) | ((BitNumber) << 2)) = 0)

#define Var_SetBit_BB(VarAddr, BitNumber)       \
 (*(vu32 *) (RAM_BB_BASE | ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) | ((BitNumber) << 2)) = 1)

#define Var_GetBit_BB(VarAddr, BitNumber)       \
 (*(vu32 *) (RAM_BB_BASE | ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) | ((BitNumber) << 2)))

如果这些不是您正在寻找的，我想可以对其进行修改以满足您的需求。