用函數指針替代Switch/Case語句的程序設計方法

龔松顯，董銳，劉躍宣

（總參通信訓練基地 教研部，宣化075100）

引 言

在單片機程序中，諸如鍵盤按鍵掃描、菜單處理等多種邏輯功能，在代碼上常采用Switch/Case語句的實現方式。Switch/Case語句是一種簡單、初級的邏輯表達式，當代碼較為復雜時，不利于程序的功能調試和邏輯修改[1]，程序的可擴充性和可移植性都受到影響。為了在單片機常用的結構化程序設計中避免Switch/Case語句過于冗長，提出一種使用函數指針來替代Switch/Case語句的實現思路，并給出兩種情況下的代碼模型。事實證明，該方法可使程序的結構清晰、易于維護，可提高單片機程序的可讀性和設計效率。

1 Switch/Case語句的代碼模型及特點

1.1 Switch/Case語句代碼模型

Switch/Case是C語言中的基本語句，其使用方法在大量教材及書籍中均有介紹[2]，這里不再贅述。一般來說，Switch/Case語句代碼模型如下：

在該代碼模型中，假定function函數形參及返回值均為void類型，其使用Switch/Case分支語句進行不同情況下的程序處理。Prm Value是從前面的程序處理代碼中獲得的表達式，Prm＿A、Prm＿B和Prm＿C等常量是表達式的值。當表達式的值與某一個Case后面的常量表達式的值匹配時，就執行此Case后面的語句。

1.2 Switch/Case語句的不足

從模型上可以看出，對于簡單的功能實現，Switch/Case語句清晰、簡便；但當項目功能較為復雜，例如鍵盤數或菜單級數較多時[3]，Switch/Case語句的判斷分支較多，導致代碼冗長，常常一個Case分支語句動輒跨越數十行，程序整體的可讀性和可移植性降低，程序的結構不夠清晰。另外，當Switch/Case語句需要擴展功能時，需要在已經臃腫的Case分支上繼續“添磚加瓦”，造成了程序語句的進一步冗長，不便于后期程序邏輯功能的修改。

2 使用函數指針替代Switch/Case語句的兩種設計方法

2.1 Case表達式的值連續情況下的設計方法

在Switch/Case語句代碼模型中，較為常見的一種情況是：Prm＿A、Prm＿B、Prm＿C等常量是連續的數值。對于這種情況，設計思路是定義相關的函數指針數組[4]，然后實現相對應的函數。在使用時，只需調用對應的函數指針數組元素即可。該方式下代碼模型如下：

在該代碼模型中，假定函數指針指向的函數形參及返回值均為void類型，Prm Value是從前面的程序處理代碼中獲得的表達式。設計方法中，將每個Case分支的處理代碼封裝成函數，并將每個函數地址按照Case表達式的值的順序賦給函數指針數組各元素。在功能代碼中，程序的實現主體只需使用Prm Value的值調用對應的處理函數即可，原本冗長的Switch/Case語句被一條簡單的函數指針調用代替，形式較為簡潔。使用這種設計方法，當程序需要擴展新的功能邏輯的時候，只需要依次增加函數指針數組元素的值并實現對應的函數，功能代碼的主體部分不需改動。需要注意的一點是，第2種的代碼模型中，假定Prm Value的值是從0開始的，對于Case表達式的值不是從0開始但Case表達式的值連續的情況，上面的代碼模型仍然可以使用。例如，如果Case表達式的值是從delta開始的，在這種情況下只需要將第2種代碼模型中的（p Fun[Prm Value]）（）表達式改為（p Fun[Prm Valuedelta]）（）即可，代碼的其他部分均可以保持不變。

2.2 Case表達式的值離散情況下的設計方法

第1種代碼模型中，在Prm＿A、Prm＿B、Prm＿C等數值相差較大且不連續的情況下，如果仍然套用2.1節的設計方法，函數指針數組中需要人為填充大量冗余數據，造成資源的浪費，并且在修改時需要做到精確的一一對應，程序的設計反而變得更為麻煩，失去了設計方法的本意。此時需要對第2種代碼模型進行增強設計。其設計思路是通過構建一個數據結構，將離散的Case表達式的值和對應的處理函數一一對應，在功能代碼中對函數指針進行輪詢操作。其實現模型如下：

在該代碼模型中，構建的StructFun結構體數組實現了Case表達式的值和函數指針的一一對應。當程序需要擴展新的功能邏輯時，只需要添加StructFun結構體數組的內容并實現對應函數體即可，設計方法的優點與2.1節的設計方法類似。實際上，2.1節的設計方法是特殊情況下本設計方法的退化，兩種設計方法在思路上仍是保持一致的。

結 語

本文介紹的兩種使用函數指針替代Switch/Case語句的方法，使程序的任務處理邏輯關系變得簡潔明了，易于增加程序狀態，更改程序邏輯，程序的可讀性、可調試性強，減少了單片機程序設計中的錯誤。筆者在工程項目中驗證了這兩種設計方法，實際可行且快捷有效，對于單片機常用的結構化程序開發具有一定的借鑒意義。

[1]張臘明，佟宇.狀態機技術在數據通訊協議棧中的編程應用[J].現代電子技術，2008（3）：146-147.

[2]譚浩強.C程序設計[M].3版.北京：清華大學出版社，2008.

[3]汪高勇，宋毅恒，尚舉邦.C51與單片機系統多級菜單的模塊化設計[J].光電技術應用，2009，24（2）：62-66.

[4]朱博，許倫輝.Keil C51中函數指針的使用[J].單片機與嵌入式系統應用，2008（5）：71-72.