認識Arduino與C語言的函式指標以及函式指標陣列

讀者詢問如何在Arduino中建立數個自訂函式，並且透過「函式指標陣列」，在不使用if…else或switch…case等條件判斷式的情況下，讓程式依據變數的值，執行不同的自訂函式。

下文將先介紹Arduino與C程式語言的函式指標語法。

建立函式指標程式

就像變數一樣，函式（function）同樣被暫存在某個記憶體區塊，可以透過指標（pointer）取用；指向函式的指標稱為「函式指標（function pointer）」。

底下的Arduino程式宣告了一個hello()自訂函式，並透過一個叫做‘f’的指標指向並執行它：

若在Arduino執行此程式，將能在序列埠監控視窗看見“hello world.”訊息。

函式指標的語法

函式指標的語法如下：

指標名稱必須用代表「優先處理」的小括號包圍，如果少了小括號，程式敘述的意義將大不相同：

上面的Arduino程式碼，若用C語言改寫，將變成：

#include 

// 宣告自訂函式
void hello() {
  printf("hello world.\n");
}

// 宣告指向hello函式的函式指標
void (*f)() = hello;

void main(void) {
  // 透過函式指標執行hello函式
  (*f)();
}

函式指標的參數傳遞與傳回值

假如要透過指標參照具有輸入參數和傳回值的函式，例如，一個計算並傳回兩整數相加值的自訂函式“sum”：

函式指標的定義也要跟著修改：

完整的Arduino範例程式如下：

// 宣告自訂函式
int sum(int x, int y) {
  return x + y;
}

// 宣告具有兩個參數以及整數傳回值的函式指標
int (*f)(int x, int y) = sum;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  
  // 執行函式指標並傳遞兩個參數
  int val = (*f)(8, 4);
  
  // 將在序列埠監控視窗顯示"Ans: 12"
  Serial.print("Ans: ");
  Serial.println(val);
}

void loop() {
  // 這裡沒有程式
}

相同功能的C語言程式的範例如下：

#include 

int sum(int x, int y) {
  return x + y;
}

int (*f)(int x, int y) = sum;

void main(void) {
  int val = (*f)(8, 4);
  
  printf("Ans: %d\n", val);
}

函式指標陣列

認識函式指標的語法之後，函式指標陣列的語法也很容易理解。假設程式事先宣告了名叫fn0, fn1和fn3的函式，底下的敘述將透過自訂的 "f" 指標陣列指向它們：

底下是Arduino版本的函式指標陣列範例，上傳程式碼之後，開啟序列埠監控視窗，接著在序列埠監控視窗中輸入0~2的數字，程式將執行對應的fn0~fn2函式。

// 宣告三個自訂函式
void fn0() {
  Serial.println("Hello from fn0.");
}

void fn1() { 
  Serial.println("Hello from fn1.");
}

void fn2() {
  Serial.println("Hello from fn2.");
}

// 建立函式陣列指標
void (*f[3]) () = {fn0,fn1,fn2};

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Please input number 0~2:");
}

void loop() {
  if( Serial.available() ) {
    // 讀取序列輸入值，並轉換成整數。
　　　byte val = Serial.read() - 48;
　　　// 確認輸入值介於0和2之間
　　　if (val >= 0 && val < = 2) {
　　　  // 將val當作陣列索引，執行對應的函式。
      (*f[val])();
　　　} else {
　　　  // 若輸入值超過指定範圍，則顯示“Wrong number!”（錯誤數字！）
      Serial.println("Wrong number!");
    }
  }
}

底下是C程式語言的版本：

#include 

void fn0() {
  printf("Hello from fn0.\n");
}

void fn1() { 
  printf("Hello from fn1.\n");
}

void fn2() {
  printf("Hello from fn2.\n");
}

void (*f[3]) () = {fn0,fn1,fn2};

void main(void) {
  int val;

  printf("\nPlease input number 0~2:");
  // 讀取輸入值
  scanf("%d",&val);

  if(val>=0 && val< =2) { 
    (*f[val])();
  } else {
    printf("Wrong number!\n");
  }
}

延伸閱讀

• 《超圖解Arduino 互動設計入門》第二版內容更新說明
• 《超圖解Arduino互動設計入門》第二版補充說明