如何使两个其他相同的指针类型不兼容

Question

在某些体系结构上，对于其他相同的对象，可能需要有不同的指针类型。特别是对于哈佛架构CPU，您可能需要这样的东西：

uint8_t const ram* data1;
uint8_t const rom* data2;

特别是这是在MPLAB C18 (现在停止使用)中对ROM / RAM指针的定义。它甚至可以定义如下：

char const rom* ram* ram strdptr;

这意味着在RAM中有一个指针指向ROM中的字符串(使用ram是不必要的，因为在默认情况下，这个编译器会在RAM中添加所有内容，只是为了清晰起见)。

这种语法的好处是，当您试图以不兼容的方式分配ROM位置时，编译器能够提醒您，例如将ROM位置的地址分配给指向RAM的指针(因此类似于data1 = data2;，或者使用RAM指针将ROM指针传递给函数将产生错误)。

与此相反，在AVR的AVR-8中，没有这种类型的安全性，因为它提供访问ROM数据的功能。无法区分指向RAM的指针和指向ROM的指针。

在某些情况下，这种类型的安全性将非常有利于捕获编程错误。

是否有办法以某种方式向指针添加类似的修饰符(例如，通过预处理器，扩展到可以模仿这种行为的东西)来达到这个目的？甚至是对不适当的访问发出警告的东西？(在avr-gcc的情况下，尝试在不使用ROM访问功能的情况下获取值)

Answer 1

由于我收到了几个关于提供解决方案的不同妥协的答案，所以我决定将它们合并在一起，概述每种解决方案的优缺点。所以你可以选择最适合你特定情况的

命名地址空间

对于解决这个问题的特殊问题，并且只有在AVR-8微型上的ROM和RAM指针的情况下，最合适的解决方案是这个。

这是一个C11的提议，它没有进入最终的标准，但是有一些C编译器支持它，包括avr用于8位avr。

相关文档可以访问这里 (在线GCC手册的一部分，还包括使用此扩展的其他体系结构)。与其他解决方案(如pgmspace.h中的函数类宏用于AVR-8)相比，它是值得推荐的，因此编译器可以进行适当的检查，同时访问由保留明确和简单的数据所指向的数据。

特别是，如果您有类似的问题从提供某种命名地址空间的编译器移植东西，比如MPLAB C18，这可能是最快和最干净的方法。

上面移植的指针如下所示：

uint8_t const* data1;
uint8_t const __flash* data2;
char const __flash** strdptr;

(如果可能的话，可以使用适当的预处理定义来简化过程)

(Olaf的原答覆)

结构封装，内部指针

这种方法的目的是通过将指针封装在结构中来加强指针的分型。其目的是通过接口传递结构本身，通过接口编译器可以对它们执行类型检查。

指向字节数据的“指针”类型可能如下所示：

typedef struct{
    uint8_t* ptr;
}bytebuffer_ptr;

可按以下方式访问指定的数据：

bytebuffer_ptr bbuf;
(...)
bbuf.ptr = allocate_bbuf();
(...)
bbuf.ptr[index] = value;

接受这种类型并返回该类型的函数原型如下所示：

bytebuffer_ptr encode_buffer(bytebuffer_ptr inbuf, size_t len);

(dvhh的原答覆)

结构封装，外部指针

类似于上面的方法，它的目的是通过将指针封装在结构中来加强指针的类型，但是以一种不同的方式提供了一个更健壮的约束。要指向的数据类型是封装的。

指向字节数据的“指针”类型可能如下所示：

typedef struct{
    uint8_t val;
}byte_data;

可按以下方式访问指定的数据：

byte_data* bbuf;
(...)
bbuf = allocate_bbuf();
(...)
bbuf[index].val = value;

接受这种类型并返回该类型的函数原型如下所示：

byte_data* encode_buffer(byte_data* inbuf, size_t len);

(隆丁的原答覆)

我应该使用哪个？

这方面的命名地址空间不需要太多的讨论:如果您只想处理目标处理地址空间的一个频谱，那么它们是最合适的解决方案。编译器将为您提供所需的编译时检查，您不需要进一步发明任何东西。

但是，如果出于其他原因，您对结构包装感兴趣，则可能需要考虑以下事项：

• 这两种方法都可以很好地优化:至少GCC将生成从两种方法到使用普通指针的相同代码。因此，你不必真正考虑性能:它们应该能工作。
• 如果您有需要指针的第三方接口，或者如果您重构的东西太大，不能一次完成，那么内部的指针是非常有用的。
• 指针外部提供了更健壮的类型安全性，因为您用它来增强指定类型本身:您有一个真正的不同类型，您很难(意外地)转换(隐式强制转换)。
• 指针外部允许在指针上使用修饰符，例如添加const，这对于创建健壮的接口非常重要(您可以使数据仅供函数const读取)。
• 请记住，有些人可能不喜欢这两种方法，所以如果您在一个小组中工作，或者正在创建可能被已知各方重用的代码，请先与他们讨论这个问题。
• 应该是显而易见的，但请记住，封装并不能解决需要特殊访问代码的问题(例如，在AVR-8上使用pgmspace.h宏)，前提是在该方法的同时不使用任何命名的地址空间。它只提供一种方法来产生编译错误，如果您试图使用指针的不同地址空间上操作的功能，而不是它想要指向的。

谢谢你所有的答案！

Answer 2

一个窍门是将指针包装在一个结构中。指向struct的指针比指向基本数据类型的指针具有更好的类型安全性。

typedef struct
{
  uint8_t ptr;
} a_t;

typedef struct
{
  uint8_t ptr;
} b_t;

const volatile a_t* a = (const volatile a_t*)0x1234;
const volatile b_t* b = (const volatile b_t*)0x5678;

a = b; // compiler error
b = a; // compiler error

Answer 3

对于RAM和ROM，可以将指针封装在不同的结构中，使类型不兼容，但包含相同类型的值。

struct romPtr {
    void *addr;
};

struct ramPtr {
    void *addr;
};

int main(int argc, char **argv) {
    struct romPtr data1 = {NULL};
    struct romPtr data3 = data1;
    struct ramPtr data2 = data1; // <-- gcc would throw a compilation error here
}

在汇编期间：

$ cc struct_test.c
struct_test.c: In function ‘main’:
struct_test.c:12:24: error: invalid initializer
  struct ramPtr data2 = data1;
                    ^~~~~

当然，为了简洁起见，可以使用typedef的结构。