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【54】结构体：结构体指针的内存与通信

news 来源：原创 2025/6/10 10:05:40

【54】结构体：结构体指针的内存与通信

七律 · 结构体指针

指针寻址破边界，结构传输显神通
函数入口化繁简，成员访问箭头通
字节打包还原易，跨片通信一脉承
内存布局细解析，工程规范护始终

引言

结构体指针是嵌入式开发中高效管理复杂数据的关键工具。本文详细解析结构体指针的两个核心用途——数据传输与函数参数传递，并通过代码示例展示其内存布局、访问方式及实际应用，帮助开发者掌握结构体指针的底层原理与工程实践。

摘要

结构体指针通过直接操作内存地址，实现结构体数据的高效传输与函数参数传递。本文结合STC8单片机开发场景，提供内存布局分析、通信示例及函数参数传递方案，确保代码可读性与可维护性。

关键词

结构体指针、内存布局、函数参数、数据传输、箭头操作符

硬件设计

开发环境

单片机型号：STC8H1K08（8位51内核，8KB Flash，512B RAM）
外设配置：UART0用于调试输出，波特率115200

电路连接：

graph LR  
  A[STC8H1K08 UART0] --> B[USB转TTL模块（CH340）]  
  B --> C[电脑串口助手（如XCOM）]

软件配置

模块化架构

BSP层：bsp_uart.c实现UART通信
驱动层：drv_struct.c封装结构体操作函数
应用层：main.c演示指针用法

代码实现

1. 结构体指针基础

结构体定义与指针声明

// drv_struct.h  
typedef struct {  
    uint8_t u8Data_A;    // 1字节  
    uint32_t u32Data_B;  // 4字节  
} StructMould_t;  

extern StructMould_t g_StructInstance; // 结构体变量  
extern StructMould_t* pStructPtr;      // 结构体指针

内存布局分析

结构体变量：g_StructInstance占用5字节（1+4）。
指针变量：pStructPtr在8位单片机中占3字节（地址存储需求）。

// 内存布局示例  
Address | Data Type       | Size (B)  
0x00    | g_StructInstance.u8Data_A | 1  
0x01    | g_StructInstance.u32Data_B | 4  
Total: 5 bytes

成员访问方式对比

// 成员调用（直接访问）  
g_StructInstance.u8Data_A = 5;  

// 指针调用（通过地址访问）  
pStructPtr = &g_StructInstance;  
pStructPtr->u8Data_A += 5; // 等价于 *(pStructPtr->u8Data_A) +=5

2. 结构体指针的两个核心用途

用途1：数据传输与还原

// 将结构体转换为字节数组（发送）  
void struct_to_array(uint8_t* pBuffer) {  
    memcpy(pBuffer, &g_StructInstance, sizeof(g_StructInstance));  
}  

// 从字节数组还原结构体（接收）  
void array_to_struct(uint8_t* pBuffer) {  
    memcpy(&g_StructInstance, pBuffer, sizeof(g_StructInstance));  
}

用途2：函数参数传递

// 函数原型：通过指针传递结构体  
void process_struct(StructMould_t* pStruct) {  
    pStruct->u32Data_B = pStruct->u8Data_A * 1000;  
}  

// 调用示例  
process_struct(&g_StructInstance);

3. 内存占用与指针类型

指针大小规则

8位单片机：所有指针占3字节（地址范围0~16MB）。
32位单片机：指针占4字节（支持更大地址空间）。

// 内存占用验证  
void memory_check() {  
    bsp_uart_send_ulong(sizeof(g_StructInstance)); // 输出5  
    bsp_uart_send_ulong(sizeof(pStructPtr));        // 输出3  
}

测试验证

验证步骤

编译检查：确保无警告，指针类型与结构体匹配。

内存观察：

void test_pointer() {  
    g_StructInstance.u8Data_A = 5;  
    pStructPtr = &g_StructInstance;  
    pStructPtr->u8Data_A += 5; // 最终值为10  

    bsp_uart_send_ulong(g_StructInstance.u8Data_A); // 输出10  
}

数据传输测试：

uint8_t buffer[5];  
struct_to_array(buffer); // 将结构体数据存入buffer  
array_to_struct(buffer); // 从buffer还原结构体

扩展应用

1. 跨片通信场景

// 发送端：将结构体打包发送  
void send_struct() {  
    uint8_t tx_buffer[sizeof(StructMould_t)];  
    struct_to_array(tx_buffer);  
    uart_send(tx_buffer, sizeof(tx_buffer));  
}  

// 接收端：从字节数组还原结构体  
void recv_struct(uint8_t* rx_buffer) {  
    array_to_struct(rx_buffer);  
}

2. 函数参数优化

// 传统方式（参数过多）  
void process_old(uint8_t data_a, uint32_t data_b) {  
    // 复杂逻辑  
}  

// 优化方式（指针传递）  
void process_new(StructMould_t* pStruct) {  
    // 直接访问pStruct->u8Data_A等成员  
}