利用weak關(guān)鍵字來實現(xiàn)FOC 算法庫的平臺兼容性

在實現(xiàn)FOC電機算法庫模塊化時，我思考了如何使庫的代碼在各個平臺上都能引入直接編譯，實現(xiàn)平臺無關(guān)性。在一段時間的考慮后，我選擇了使用weak關(guān)鍵字。

具體需求

眾所周知，F(xiàn)OC的電流采樣方式有多種，既可以使用三個ADC進行三電阻采樣，也可以使用霍爾電流傳感器在相線上進行2路采樣。

如果我希望算法庫與硬件平臺無關(guān)，就不能在庫中兼容所有硬件平臺（也不可能實現(xiàn)），因此我決定讓算法庫的使用者來實現(xiàn)這部分代碼。

學過C++的同學應(yīng)該很快能想到解決方案，沒錯，面向?qū)ο蟮母呒壵Z言中有一種函數(shù)叫做虛函數(shù)。

虛函數(shù)是面向?qū)ο缶幊讨械囊粋€概念，通常與多態(tài)相關(guān)。在許多面向?qū)ο蟮木幊陶Z言中，如C++和Java，都支持虛函數(shù)的概念。

虛函數(shù)在基類中聲明為虛擬的（virtual），并在派生類中進行重寫。通過使用虛函數(shù)，可以實現(xiàn)運行時多態(tài)性，使得程序在運行時能夠動態(tài)地選擇調(diào)用哪個版本的函數(shù)，而不是在編譯時確定。

具體而言，當一個類中的函數(shù)被聲明為虛函數(shù)時，派生類可以通過重寫（覆蓋）這個函數(shù)來提供特定于派生類的實現(xiàn)。然后，通過基類指針或引用調(diào)用這個函數(shù)時，實際上會調(diào)用相應(yīng)派生類中的函數(shù)，而不是基類中的函數(shù)。這種動態(tài)的函數(shù)調(diào)用稱為運行時多態(tài)。

那么在嵌入式 C 語言中，我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)這樣的騷操作呢？

C語言中的強符號和弱符號的區(qū)別

在C語言中，函數(shù)和初始化的全局變量（包括顯式初始化為0）被認為是強符號，而未初始化的全局變量則被視為弱符號。

這些符號有一些規(guī)則，讓我們來看看：

① 如果有兩個同名的強符號，那就會出錯，編譯器會說“這個定義重復(fù)了”。

② 你可以有一個強符號和多個弱符號，但是在定義時，系統(tǒng)會選擇強符號。

③ 當存在多個相同名字的弱符號時，鏈接器會選擇占用內(nèi)存空間最大的那個。

在編程中，我們常常碰到一種情況，叫做“符號重復(fù)定義”。如果多個目標文件中都定義了一個名為global的全局整數(shù)變量并對其進行了初始化，鏈接這些目標文件時就會出現(xiàn)符號重復(fù)定義的錯誤。

比如：

main.c 文件中

int strong = 1;  
int main()  {      return 0;  }

led.c 文件中


int strong = 0;  
int led_on()  {      return 0;  }

在 MDK 的編譯器中，會產(chǎn)生符號重復(fù)定義的錯誤，因為對于 strong 這個變量符號，存在兩個強者。

當然由于編譯器的差異，在 MDK 中即使我們把 strong 不進行顯示初始化，編譯器也可以檢測出符號重復(fù)定義，除非我們使用 extern 來表明這是一個外部符號，或者用 weak 修飾來聲明這是一個弱函數(shù)。

extern int extnum;  int weak1;  int strong = 1;  int __attribute__((weak)) weak2 = 2;    int main()  {      return 0;  } 

上面這段程序中，"weak"和"weak2"是弱符號，"strong"和"main"是強符號，而"extnum"既非強符號也非弱符號，因為它是一個外部變量的引用。

對于C語言來說，編譯器默認函數(shù)和初始化了的全局變量為強符號，未初始化的全局變量為弱符號(C++并沒有將未初始化的全局符號視為弱符號)。我們也可以通過GCC的"__attribute__((weak))"來定義任何一個強符號為弱符號。

注意，在 MDK 中使用 weak 可以直接使用它定義好的“__weak”即可，可以看后續(xù)的案例。

換句話說，就是我們可以定義一個符號，而該符號在鏈接時可以不解析，注意這里和 C++ 中的虛函數(shù)的區(qū)別。

我們用函數(shù)來做個實驗

int main(void)  {      led_on();     return 0;  } 

很明顯，這樣寫連編譯都無法通過。因為編譯器會報錯，led_on 符號沒有定義。

__weak void led_on(); 
int main(void)  {      if (f)      f();      return 0;  }

那么，我們聲明了一個函數(shù)led_on()，屬性為weak，但并不定義它，這樣，鏈接器會將此未定義的weak symbol賦值為0，也就是說led_on()并沒有真正被調(diào)用，試試看，去掉if條件后，它就崩了！

FOC 中封裝，用戶來實現(xiàn)

這里大家應(yīng)該突然就明白為什么我要說這個 weak 關(guān)鍵字了吧，沒錯，這里的弱函數(shù)其實也可以叫做虛函數(shù)，就是比較務(wù)虛，他就是一個占座的，有強者來的時候，就乖乖的讓座了。

下面看我代碼中的實際例子：

//虛函數(shù)，獲取相電流，用戶應(yīng)自行實現(xiàn)__weak curr_t get_phase_current(void){    #warning pls define your get_phase_volt function    curr_t c_t = {0};    return c_t;}

這里首先定義一個弱函數(shù)符號，讓編譯器可以編譯通過，到任何平臺，用戶不實現(xiàn)這個函數(shù)，他也可以編譯通過，只是認為采樣電流為 0，同時我們可以使用 warning 的預(yù)編譯指令提醒用戶需要自己實現(xiàn)。

查看編譯結(jié)果如下：

當用戶引入我的 FOC 算法庫后，他可以直接編譯通過，同時可以自己實現(xiàn)一下從硬件獲取電流的函數(shù)，只要保證跟我的弱函數(shù)一樣的符號名和返回值即可。

curr_t get_phase_current(void){    s32 C1, C2, temp32 = 0;    curr_t Local_Stator_Currents;
    adcData[2] = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&adcHandle, ADC_INJECTED_RANK_4);    adcData[3] = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&adcHandle, ADC_INJECTED_RANK_3);

    temp32 = _CRT_A_1_75MR1;    switch(m_Sector)    {    case 1:     //BC相電流    case 6:        C1 = (s16)(ADC->JDOR4) - m_ADCOffsetB;        C2 = (s16)(ADC->JDOR3) - m_ADCOffsetC;        C1 = (C1*temp32)>>10;        C2 = (C2*temp32)>>10;        Local_Stator_Currents.C1 = C1+C2;        Local_Stator_Currents.C2 = -C1;        break;    case 2:     //AC相電流    case 3:        C1 = (s16)(ADC->JDOR4) - m_ADCOffsetA;        C2 = (s16)(ADC->JDOR3) - m_ADCOffsetC;        C1 = (C1*temp32)>>10;        C2 = (C2*temp32)>>10;        Local_Stator_Currents.C1 = -C1;        Local_Stator_Currents.C2 = C1+C2;        break;    case 4:     //AB相電流    case 5:        C1 = (s16)(ADC->JDOR4) - m_ADCOffsetA;        C2 = (s16)(ADC->JDOR3) - m_ADCOffsetB;        C1 = (C1*temp32)>>10;        C2 = (C2*temp32)>>10;        Local_Stator_Currents.C1 = -C1;        Local_Stator_Currents.C2 = -C2;        break;    default:        break;    }    Local_Stator_Currents.C1 = Local_Stator_Currents.C1;    Local_Stator_Currents.C2 = Local_Stator_Currents.C2;
    return(Local_Stator_Currents); }