C 语言跳转表的实现及在嵌入式设备中的应用

转载于https://cloud.tencent.com/developer/article/1797595

跳转表的概念

引用笔者在 Wikipedia 上看到的关于跳转表的概念，

In computer programming, a branch table or jump table is a method of transferring program control (branching) to another part of a program (or a different program that may have been dynamically loaded) using a table of branch or jump instructions

其意思也就是说，跳转表或者也可以被称之为分支表，是一种利用分支或者跳转指令表将程序控制转移到程序另一部分(或者是已经动态加载的其他程序)的方法。关于跳转到程序的另一部分最常用的方法就是使用 switch 语句，但是使用 switch 语句存在的一个弊端就是如果分支过多，会造成程序的冗长，而跳转表刚好能解决这个问题，对于优化程序的结构有很大地帮助。在介绍跳转表之前，笔者在这里先介绍一下跳转表所涉及到的指针数组和函数指针的概念。

指针数组

首先它是一个数组，数组的元素都是指针，如果有如下指针数组的定义：

int *p1[５];

那么可以采用如下的一个图表明它的含义：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-JQOzpPxk-1636219062281)(https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-7246125/g484khj0fv.jpeg?imageView2/2/w/1620)]

函数指针

函数指针的意思就如名称称所示，它是一个指针，一个函数的指针，指向一个函数。比如下面我们就可以定义一个函数指针变量。

int (*pf)(int,int);

上述指针变量的意思是定义了一个 pf 的函数指针变量，这个指针变量可以指向的是一个返回值为 int 的，函数两个 int 类型的参数的函数。假设现在我们有一个这样的函数用于两数相加，

int add(int num1,int num2);

那么我们可以通过函数指针变量指向这个函数的形式来调用函数，比如这样：

pf = add;
pf(5,8);

上述就是关于函数指针的简单叙述。

跳转表

在介绍了指针数组和函数指针后，我们就可以来构建我们的跳转表，比如这样：

void (*pf[])(void) = {fna,fnb,fnc,fnd};

其中 fna , fnb , fnc ,fnd 都是返回值和参数都为 void 的函数，上述定义的函数跳转表的意思也就是有一个函数指针数组，这个数组里面存放的都是函数的指针。之所以称之为跳转表，就是因为能通过索引的方式进行调用函数，下面就是在定义了上述调转表后的一个应用：

void test(const int jump_index)
{
    pf[jump_index]();
}

下面的图片很形象的表达了跳转表的原理：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jdnOONhs-1636219062282)(https://ask.qcloudimg.com/http-save/yehe-7246125/0c2e9d1ocf.jpeg?imageView2/2/w/1620)]

通过调用 test 函数，带以不同的参数，就可以通过 test 运行不同函数的功能呢，试想一下，如果这里使用 switch 的方式实现上述功能，代码量是不是要多出许多。

应用于嵌入式设备的一个例子

下面的这个例子是笔者在一位国外的网友的帖子下看到的，但是网友并没有给出所有代码，缺少一些较为细节的东西，但是并不影响理解

背景:　有一个工业电源接口盒，现通过一个简单的 ASCII 码助记符来作为命令，该接口盒是通过输入命令的形式执行相关操作，并且通过 RS-232 接口向外返回输入的参数值。

通过背景可以知道我们需要定义一个数组存储命令，代码如下：

static const char read_str[] =
        "0SV 0SN 0MO 0WF
         1ST 1MF 1CL 1SZ
         2SP 2VO 2CC 2CA";

由于背景中要求需要返回参数并通过 RS-232 串口进行传输，因此通过输入命令后跳转执行的函数都是具有如下返回值和形参的

const char *fna(void);

另外这个函数声明的意思是，函数值类型是 const char *,形参是 void ，返回值类型也与刚刚我们所定义的 read_str 所对应。综上，就可以定义我们的跳转表了，跳转表定义如下：

static const char *
    (*readfns[sizeof(read_str)/4])(void) =
{
    /*这里是伪代码，因为命令太多，所以这样进行表示*/
    una,fna,fnb,... 
}

una,fnb 等都是与 fna 同类型的函数。说到这里，比较关键的代码就说完了，如下是整个处理过程的代码：

const char *fna(void);

static void process_read(const char *buf)
{
    char *cmdptr;
    unsigned char offset;
    const char *replyptr;

    static const char read_str[] =
        "0SV 0SN 0MO 0WF
         1ST 1MF 1CL 1SZ
         2SP 2VO 2CC 2CA";

    static const char *
        (*readfns[sizeof(read_str)/4])(void) =
    {
        /*这里是伪代码，因为命令太多，所以这样进行表示*/
        una,fnb,fnc,... 
    }

    /*cmdptr获得的是当前输入字符的地址*/
    cmdptr = strstr(read_str,buf);

    if (cmdptr != NULL)
    {
        /*(当前地址 - 数组基地址)/4 = 索引*/
        offset = (cmdptr - read_str) / 4;

        replyptr = (*readfns[offset])();
    }
}

上述 strstr 函数的功能是返回一个输入字符串与数组中字符串匹配的元素的地址。最后根据索引值调用相应的函数执行，所以也就实现了背景中所述的根据输入命令执行相应操作的功能，如果命令有很多个，可想而知使用 switch 将是多么冗长的一段代码。

总结

通过上述的例子，很清楚地展示了跳转表在优化代码结构上的强大作用，如果有一组操作所对应的函数具有相同的函数返回值和相同的形参，应该考虑使用跳转表，它将帮助你写出漂亮的代码。