c语言实现this指针效果

概要

由于目前在做一个比较复杂的嵌入式项目，想要借此提升一下代码的结构设计能力，所以想要以面向对象的思想来完成这个项目，即把每个板载外设资源视为一个对象，采用msp+bsp的模式，对每个bsp外设实现对象化处理，现有方案需要手动传入对象引用，调用方法时比较麻烦，所以考虑简化调用方式。

面向对象实现思路

现有方案

对象就是具有属性与方法的集合体，以LED举例，它的属性就是端口，引脚，亮使能标志等，方法就是亮，灭。
了解到现有的c语言面向对象实现方法都需要手动传入对象的引用，如下这种方式：

typedef struct _LED_TYPEDEF{
	//属性
	struct _Privated_Attr{
		GPIO_InitTypeDef GPIO_Body;
		GPIO_TypeDef *GPIOx;
		GPIO_PinState ENbit;
	} Privated_Attr; 
	
	//方法
	void (*LightUp)(struct _LED_TYPEDEF *);
	void (*LightOff)(struct _LED_TYPEDEF *);
}LED_TypeDef;

上面的结构体中有一个嵌入的结构体变量，主要用途就是类似私有变量，类外不可直接访问的目的，也是出于属性只由方法操作，这样可以对属性值的合理性做出一定限制与约束，然后方法的参数必须加入对象的引用，也就是传入对象地址。
此时调用方法为:

//实例化对象
LED_TypeDef BSP_LED1;
LED_TypeDef BSP_LED2;

//对象方法使用
BSP_LED1.LightUp(&BSP_LED1); //led1亮
BSP_LED2.LightOff(&BSP_LED2);//led2灭

这种方式比较麻烦，所以有必要引入c++的this指针方式。

this方案

目的：为了简写对象方法的调用模式。
所谓的this指针可以简单理解为编译器帮我们把对象引用传递到方法中了。

单一bsp方案

此单一bsp意为板子上只有这一个外设，所以这个bsp对象只需要一个this指针，以uart举例

typedef struct _UART_OBJ_TYPEDEF{
	//属性
	struct _PrivateAttr{
		uint16_t Buf_Cnt;
		UART_HandleTypeDef UARTxHandler;		
	}PrivateAttr;
	uint8_t Is_RX_OV;
	uint8_t Is_RX_OK;
	uint8_t RX_Buf[UART_RX_MAX_SIZE];
	
	//方法
	void (*SendChar)(struct _UART_OBJ_TYPEDEF *,uint8_t chr);
	void (*SendStr)(struct _UART_OBJ_TYPEDEF *,uint8_t *str);
	void (*ClearBuf)(void);
	void (*ClearFlag)(void);
	void (*BufAppend)(uint8_t byte);
	uint16_t (*GetBufLength)(void);
}UART_Obj_TypeDef;

可以看到方法中不再需要手动传入对象引用了。

UART_Obj_TypeDef UART_Debug_Obj; //实例化对象
static UART_Obj_TypeDef *mthis = &UART_Debug_Obj; //this指针实现对象引用

这样就利用static文件的作用域实现为每个bsp对象实现一个this指针效果。

//将数据放入缓冲区
UART_Debug_Obj.BufAppend(res);
//清空缓冲区
UART_Debug_Obj.ClearBuf();

多个同类bsp方案

对于多个同类bsp方案，有一个最大的缺点，只要涉及到多线程，或是中断，就是会有线程安全的风险，因为使用的偏移变量是全局变量。

//bsp对象的this数组偏移量
#define BSP_LED1_OFFSET 0
#define BSP_LED2_OFFSET 1

//间接改变this的指向
#define BSP_LED1	(this_ledx = BSP_LED1_OFFSET);_BSP_LED1
#define BSP_LED2	(this_ledx = BSP_LED2_OFFSET);_BSP_LED2

struct _LED_TYPEDEF;

typedef struct _LED_TYPEDEF{
	struct _Privated_Attr{
		GPIO_InitTypeDef GPIO_Body;
		GPIO_TypeDef *GPIOx;
		GPIO_PinState ENbit;
	} Privated_Attr;
	void (*LightUp)(void);
	void (*LightOff)(void);
}LED_TypeDef;

使用宏定义的方式间接改变this的指向

//实例化2个同类对象
LED_TypeDef _BSP_LED1;
LED_TypeDef _BSP_LED2;
//this指针与this数组
static LED_TypeDef* This_Arr[LED_NUM] = {&_BSP_LED1,&_BSP_LED2};
static LED_TypeDef* mthis;
//this指向偏移量(因为外面要用，所以名字不要冲突，最好和bsp对象相关)
uint8_t this_ledx = BSP_LED1_OFFSET;

//方法定义
void LightUp(){
	mthis = This_Arr[this_ledx]; //通过this指针偏移来确定使用哪个对象
	HAL_GPIO_WritePin(mthis->Privated_Attr.GPIOx,\
	mthis->Privated_Attr.GPIO_Body.Pin,\
	mthis->Privated_Attr.ENbit);
}

总结

基于面向对象的思想对于代码的结构和可读性上都有一定的利处，特别在裸机编写过程中，由于不受系统的干预，对于思路与框架的设计都清晰起来，目前还在不断改善中，这种方式的缺陷也很明显，只适用在静态的情况，要想动态实现只有编译器能操作了，但还是希望这种方式可以很好的在项目中使用。