嵌入式 C 語言知識點，掩碼結(jié)構(gòu)體

我是老溫，一名熱愛學習的嵌入式工程師，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，在設計業(yè)務邏輯復雜的嵌入式軟件時，最好以面向?qū)ο笞鳛榛镜脑O計思想，對各個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計的文章，可以點擊以下鏈接進行回顧：

基于狀態(tài)機和面向?qū)ο蟮乃枷耄O計一個通用的按鍵檢測模塊。

基于面向?qū)ο蠛秃唵喂S模式，設計一個通用的 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基本的設計思想，與所采用的編程語言基本無關(guān)（如果非要杠匯編和二進制，那就是你對），一個反面的例子就是，很多人在初學C++的時候，即便C++里面集成了很多面向?qū)ο笤O計的語法糖，但初學者依然會很容易把“類”當作結(jié)構(gòu)體使用。

面向?qū)ο蟮幕境霭l(fā)點是：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。而我們在使用 C 語言進行嵌入式功能模塊設計的時候，因為C語言并不具備C++語言的語法糖，所以通常都會使用結(jié)構(gòu)體的方式來模擬類的設計。

因此，我們在使用OOC（Object-Oriented C Programming with ANSI -C）技術(shù)的時候，通常都會面臨以下問題：

“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)體里面進行封裝，并且把這個結(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，應該如何解決這個問題呢？

在我以往編寫的 C 語言面向?qū)ο笪恼吕锩妫纠a的接口頭文件，通常都伴隨著這個“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：裸機思維）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，也不能對其進行外部直接訪問調(diào)用。

在通用的單片機按鍵檢測模塊這篇文章里面，對于模塊的接口頭文件 key_module.h，里面兩個最主要的結(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單直接粗暴的方式，去修改模塊的各個屬性參數(shù)，是一件輕而易舉（技術(shù)上也是合情合理）的事情，因為根據(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。。。）

鑒于key_module.h接口頭文件顯現(xiàn)出來的設計不足，我們可以使用掩碼結(jié)構(gòu)體對其進行改進，例如，對于原來的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)體則改進成如下圖所示的方式。

然而，這種改進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struct __key結(jié)構(gòu)體作出進一步的改進，把結(jié)構(gòu)體的聲明和成員定義，都交給了預編譯宏進行處理，具體代碼如下圖所示。

當我們需要提取結(jié)構(gòu)體成員進行使用的時候，可以使用CLASS_INTERNAL宏，該宏展開后是一種強制類型轉(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)體技法對單片機按鍵模塊的簡單改進（以上截圖多數(shù)為偽代碼，提供一種思路），在實際的工程項目里面，推薦直接使用PLOOC，這個開源項目已經(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。