在 C 中动态更改标准输出（putch() 函数）

Question

我正在使用 XC8 编译器。为此，您必须定义自己的 void putch(char data) 函数才能使 printf() 之类的函数正常工作，如 here 所述。基本上，putch() 是用于向stdout 写入字符的函数。

我现在想即时更改此功能。我有两个不同的函数，putch_a() 和 putch_b()，并且希望能够即时更改用于 putch() 本身的函数。

我想到了这个：

unsigned use_a_not_b;
void putch(char data) {
   if (use_a_not_b) {
      putch_a(data);
   } else {
      putch_b(data);
   }
}

但是，这会降低执行速度。有没有办法为此使用指针？我已阅读this answer，并编写了以下代码：

void putch_a(char data);
void putch_b(char data);

void (*putch)(char) = putch_a; // to switch to putch_a
void (*putch)(char) = putch_b; // to switch to putch_b

这行得通吗？有没有更快或更实用的方法？

Answer 1

不，为什么不

回答您的问题：不，您不能按照您的想法（即函数指针）。函数指针是一个具有另一个变量地址的变量。为了说明，考虑当你有一个函数指针foo 指向函数bar 时它是如何工作的。

int bar() {
}

void baz(int (*foo)()) {
   int x = foo();     // Calls the function pointed to bar foo
}

int main() {
   int (*foo)();
   foo = &bar;
   baz(foo);    // Cal baz() passing it foo, which points to bar()
}

foo 持有的是bar 的地址。当您将foo 传递给需要函数指针参数的某个函数（在本例中为baz()）时，该函数取消引用指针，即查看与foo 关联的内存地址，获取其中存储的地址，在我们的例子是bar 的地址，然后在该地址调用一个函数（在我们的例子中是bar）。对此要非常小心：在上面的例子中baz() 说

• 让我看看与foo关联的内存，里面还有另一个地址
• 从内存中加载该地址，并在该地址调用函数。该函数返回一个int 并且不接受任何参数。

让我们将其与直接调用bar() 的函数进行对比：

void qux() {
   int x = bar();     // Call bar()
}

在这种情况下，没有函数指针。有一个地址，由链接器提供。链接器列出程序中的所有函数，它知道，例如bar() 位于地址0xDEADBEEF。所以在qux() 中只有一个jump 0xDEADBEEF 调用。相比之下，baz() 有类似 (pseudo-addembly):

pop bar off the stack into register A
read memory address pointed to by register A into register B
jump to memory location pointed to by register B

例如，putch() 从printf() 调用的方式与qux() 调用bar() 的方式完全一样，而不像baz() 的方式：putch 得到静态链接 em> 到你的程序中，所以putch() 的地址是硬编码的，很简单，因为fprintf() 不需要函数指针来调用参数。

为什么#define 不是答案

#define 是一个预处理器 指令，也就是说，用#define 定义的“符号”在编译器看到你的代码之前就被它们的值替换了。这意味着#define 使您的程序动态修改更少。在某些情况下这是可取的，但在您的情况下，它对您没有帮助。为了说明您是否定义了这样的符号：

#define Pi 3.14

然后，无论您在哪里使用Pi，就好像您输入了3.14。因为Pi不存在，就编译器而言，你甚至不能取它的地址来指向它。

最接近动态的putch

正如其他人所说，您可以有某种 case 语句、条件语句或全局指针，但 putch 函数本身必须以相同的形式存在。

全局函数指针解决方案：

   void (*myPutch)(char);

   putch(char ch) {
       myPutch(ch);
   }

   int main() {
       myPutch = putch_Type_A();

       ...

       myPutch = putch_Type_B();

   }

If/then/else 解决方案已在其他答案中提供

goto 解决方案：这将是一个丑陋（但有趣！）的 hack，并且只能在冯诺依曼型机器上实现，但在这些情况下，您可以让您的 putch 看起来像这样：

   putch(char ch) {
       goto PutchTypeB
   PutchTypeA:
       // Code goes here
       return; 
   PutchTypeB:
       // Code goes here
       return; 

   }

然后，您将使用 goto 覆盖 goto 指令到某个其他内存地址。您必须弄清楚执行此操作的操作码（可能来自反汇编），这在哈佛架构机器上是不可能的，所以它在 AVR 处理器上可用，但如果笨拙的话，它会很有趣。

Answer 2

没有。由于代码的生成和链接方式，这不能保证有效。不过……

void (*output_function)(char) = putch_a;

void putch(char c) {
    output_function(c);
}

现在您可以随时更改 output_function...

C 中没有“速度”的概念。这是由实现引入的属性。有快速实现（或者更确切地说，在“编译器”的情况下产生快速代码的实现）和慢速实现（或产生慢代码的实现）。

无论哪种方式，这都不太可能成为重大瓶颈。生成一个解决有用程序的程序，对其进行分析以确定最重要的瓶颈并努力优化这些瓶颈。

Answer 3

在优化它之前，请确保您真正拥有的东西确实会显着降低执行速度。在 i/o 函数中，通常会发生很多其他事情（检查缓冲区空间是否空闲、计算缓冲区偏移量、通知硬件数据可用、在数据实际传输到硬件时被中断等），这会使单个额外的 if/else 无关紧要。

在大多数情况下，您的第一个块应该没问题。

在 cmets 中，您提到可能需要将此结构扩展到多个 putch() 函数。

不妨试试

enum PUTCH { sel_putch_a, sel_putch_b, ... };

enum PUTCH putch_select;

void putch(char c) {
    switch(putch_select) {
        case sel_putch_a : putch_a(c); break;
        case sel_putch_b : putch_b(c); break;
        /* ... */
    }
}

编译器应该能够将 switch 语句优化为简单的计算和 goto。如果putch_<n> 函数是可内联的，这甚至不需要额外的调用/返回。

在另一个答案中使用指向函数的解决方案在能够动态更改可用的 putch 函数或在其他文件中定义它们方面更加灵活（例如，如果您正在编写一个库或其他人使用的框架），但它确实需要额外的调用/返回开销（与仅定义单个 putch 函数的简单情况相比）。