嵌入式 C 語言知識(shí)點(diǎn)，掩碼結(jié)構(gòu)體

我是老溫，一名熱愛學(xué)習(xí)的嵌入式工程師，關(guān)注我，一起變得更加優(yōu)秀！

前面的一系列技術(shù)文章，我們都曾多次充分說明了，在設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜的嵌入式軟件時(shí)，最好以面向?qū)ο笞鳛榛镜脑O(shè)計(jì)思想，對(duì)各個(gè)功能模塊盡可能地做好封裝與解耦。關(guān)于嵌入式 C 語言面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的文章，可以點(diǎn)擊以下鏈接進(jìn)行回顧：

基于狀態(tài)機(jī)和面向?qū)ο蟮乃枷?，設(shè)計(jì)一個(gè)通用的按鍵檢測(cè)模塊。

基于面向?qū)ο蠛秃?jiǎn)單工廠模式，設(shè)計(jì)一個(gè)通用的 LED 顯示模塊。

嵌入式 C 語言面向?qū)ο缶幊?--- 總結(jié)

面向?qū)ο笫且环N基本的設(shè)計(jì)思想，與所采用的編程語言基本無關(guān)（如果非要杠匯編和二進(jìn)制，那就是你對(duì)），一個(gè)反面的例子就是，很多人在初學(xué)C++的時(shí)候，即便C++里面集成了很多面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的語法糖，但初學(xué)者依然會(huì)很容易把“類”當(dāng)作結(jié)構(gòu)體使用。

面向?qū)ο蟮幕境霭l(fā)點(diǎn)是：把“數(shù)據(jù)屬性”與“數(shù)據(jù)屬性的處理方法”都封裝在一起。而我們?cè)谑褂?C 語言進(jìn)行嵌入式功能模塊設(shè)計(jì)的時(shí)候，因?yàn)镃語言并不具備C++語言的語法糖，所以通常都會(huì)使用結(jié)構(gòu)體的方式來模擬類的設(shè)計(jì)。

因此，我們?cè)谑褂肙OC（Object-Oriented C Programming with ANSI -C）技術(shù)的時(shí)候，通常都會(huì)面臨以下問題：

“嗯，我們可以使用結(jié)構(gòu)體來模擬類，把所有數(shù)據(jù)變量和函數(shù)指針都放在結(jié)構(gòu)體里面進(jìn)行封裝，并且把這個(gè)結(jié)構(gòu)體放在接口頭文件里面，那么問題來了，結(jié)構(gòu)體里面的成員都是public的（語法層面可以直接使用），但某些數(shù)據(jù)變量卻是private屬性（不允許被模塊外部直接調(diào)用）”

那么，應(yīng)該如何解決這個(gè)問題呢？

在我以往編寫的 C 語言面向?qū)ο笪恼吕锩?，示例代碼的接口頭文件，通常都伴隨著這個(gè)“直接且尖銳”的問題，而通過編碼和模塊引用規(guī)范這一系列的“君子協(xié)定”，往往只能起到“防君子而不能防小人”的作用。

直到最近，我看了傻孩子大佬（公眾號(hào)：裸機(jī)思維）的一系列文章才知道，原來C語言里面有一種技法，掩碼結(jié)構(gòu)體（Masked Structure），可以為結(jié)構(gòu)體里面的private屬性變量蓋上一層蒙版，模塊使用者即使看到了結(jié)構(gòu)體的私有數(shù)據(jù)變量，也不能對(duì)其進(jìn)行外部直接訪問調(diào)用。

在通用的單片機(jī)按鍵檢測(cè)模塊這篇文章里面，對(duì)于模塊的接口頭文件 key_module.h，里面兩個(gè)最主要的結(jié)構(gòu)體，key_t和key_manager_t，其內(nèi)部大量暴露了模塊的私有參數(shù)變量，如下圖所示。

模塊使用者如果想通過某些簡(jiǎn)單直接粗暴的方式，去修改模塊的各個(gè)屬性參數(shù)，是一件輕而易舉（技術(shù)上也是合情合理）的事情，因?yàn)楦鶕?jù)接口頭文件的最小信息公開原則，放在頭文件的信息內(nèi)容，難道不是公開且供大家放心使用的么？~

（此刻，作者我，無言以對(duì)。。。）

鑒于key_module.h接口頭文件顯現(xiàn)出來的設(shè)計(jì)不足，我們可以使用掩碼結(jié)構(gòu)體對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，例如，對(duì)于原來的key_t結(jié)構(gòu)體，我們可以把私有不公開的成員，放在struct __key里面，然后 key_t 結(jié)構(gòu)體則改進(jìn)成如下圖所示的方式。

然而，這種改進(jìn)并未能在真正意義上掩蓋住私有成員（struct __key的信息依然表露無遺），因此，我們參考“真刀真槍模塊化（2.5）--君子協(xié)定”這篇文章，可以通過宏定義技法，把私有成員結(jié)構(gòu)體的信息，真正隱藏起來，如下圖所示。

使用以上宏定義，那么我們可以繼續(xù)對(duì)struct __key結(jié)構(gòu)體作出進(jìn)一步的改進(jìn)，把結(jié)構(gòu)體的聲明和成員定義，都交給了預(yù)編譯宏進(jìn)行處理，具體代碼如下圖所示。

當(dāng)我們需要提取結(jié)構(gòu)體成員進(jìn)行使用的時(shí)候，可以使用CLASS_INTERNAL宏，該宏展開后是一種強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，目的是可以通過已知類型的結(jié)構(gòu)體變量，來顯式調(diào)用結(jié)構(gòu)體成員，使用方式如下圖所示。

以上，就是使用掩碼結(jié)構(gòu)體技法對(duì)單片機(jī)按鍵模塊的簡(jiǎn)單改進(jìn)（以上截圖多數(shù)為偽代碼，提供一種思路），在實(shí)際的工程項(xiàng)目里面，推薦直接使用PLOOC，這個(gè)開源項(xiàng)目已經(jīng)很完美地為C語言面向?qū)ο箝_發(fā)提供了必要的OOPC模板。
感謝閱讀。