Codesys数据结构：扩展数据类型之指针 Pointer 详解

1 地址描述

在内存中，每个字节都有一个编号，通过编号找到存储区（类似去1-407室 取快递，编号就是1-407，快递就是对应存储区），这个编号在这里我们取个名字叫做地址；当定义一个变量并为其赋值的时候，计算机会开辟一块空间用来存取变量值，在程序中一般是通过变量名来引用变量的值，实际上程序在编译的时候已经将变量名字转为变量的地址，即通过变量名找存储单元的地址，从而读取或修改存储单元的变量值；

2 绝对地址

(1)描述

在设备中比如PLC，已经提前定义好一部分地址的用途（比如地址（16#0080000~~16#008FFFF）只用于外部输入地址），
在Codesys中 I 、Q 、 M 表示设备的绝对地址区域，分别是输入地址区、输出地址区、中间地址区；

(2) 地址表示

格式：%<内存区域>（<大小>）<内存位置>

• 内存区域 ： I 、Q、M
• 大小 : X(位)、B(字节) 、W(字)、D(双字)
• 内存位置：数字

例如 下面的关系对照表

举例	Value
%IB1	输入区域B1的地址；
%IX1.2	输入区域B1中位2的位地址；
%QD2	输出区域D2的地址；

(3) 地址映射

%<内存区域>（<大小>）<内存位置> ：只是表示从哪个地址开始取，具体取多少个字节，是由我们定义的数据类型决定；

dwTest AT %IB1 : DWORD;

表示 从输出区域字节B1开始取 4个字节（DWORD占四个字节）中的内容映射到dwTest变量中；

3 指针

(1)描述

指针就是地址，它可以是绝对地址，也可以是用户自定义变量的地址；
当定义指针的时候，必须定义指针的数据类型，因为指针指向的变量类型不同，而类型所占字节大小不同，所有如果仅仅知道地址不知道类型时，指针就不知道从当前地址读取多少个字节；

(2)关键字：“Pointer to” 、“adr” 、“^”

• “Pointer to” : 用来定义指针类型变量；

piTest: pointer to dword;(*指向dword类型的指针*)
pbTest: pointer to bool;(*指向bool类型的指针*)
prTest: pointer to real;(*指向real类型的指针*)
paiTest: pointer to array[1..10] of int ;（*指向int类型数组的指针*）
apiTest: array[1..10] of pointer to int;(*int类型指针数组：存储10个指针，每个指针指向Int类型*)

• “ADR” 用来获取变量的地址
• “^” 用来读取指针变量中地址对应的数值

VAR
piTest : POINTER TO INT;
iTest  : INT := 1; 
iTest2 : INT := 0;	
END_VAR

piTest := ADR(iTest);(*获取变量piTest的地址，保存到piTest指针变量中*)
iTest2 := piTest^;(*取地址对应的存储单元数据,赋值给iTest2*)

(3)指针变量中值的含义

• 每个地址对应一个byte存储单元，即每个byte都有一个独立的地址
• WORD\INT 等16位数据类型包含2个byte，其地址用第一个byte的地址表示；
• dowrd\dint等32位数据类型包含4个byte，其地址用第一个byte的地址表示，以此类推；
• 指针变量中的值代表某一个byte地址，指针的类型决定了是指向以这个byte开始，连续多少个字节；

• 图中1000指的是第一个byte的地址，1001指的是第二个byte的地址，以此类推；

(1) 每个地址对应的空间是一个byte，byte中的每一位bit不具备单独的地址，如下图所示，取输出地址区第1个字节中每一位的地址，运行查看都是同一个值，这个值就是这个字节的地址；

VAR
	bBool_0 AT %QX0.0 : BOOL;
	bBool_1 AT %QX0.1 : BOOL;
	bBool_2 AT %QX0.2 : BOOL;
	bBool_3 AT %QX0.3 : BOOL;
	bBool_4 AT %QX0.4 : BOOL;
	bBool_5 AT %QX0.5 : BOOL;
	bBool_6 AT %QX0.6 : BOOL;
	apBool : ARRAY[0..7] OF POINTER TO BOOL;//指针数组
END_VAR

apBool[0] := ADR(bBool_0);
apBool[1] := ADR(bBool_1);
apBool[2] := ADR(bBool_2);
apBool[3] := ADR(bBool_3);
apBool[4] := ADR(bBool_4);
apBool[5] := ADR(bBool_5);
apBool[6] := ADR(bBool_6);

• bBool AT %QW0 :BOOL;
  对于布尔变量，如果未指定单个位地址，则会在内部分配一个字节。bBool的值更改会影响从QW0.0到QW0.7的范围。
• bBool AT %QW0.1 :BOOL ;
  布尔变量声明，其中明确指定了单个位地址。bBool只影响QW0.1的值

(4)指针类型大小

指针类型大小为8个字节，和指向的数据类型无关，如下图所示；所以指针类型变量可以表示(2^64-1) 中不同的数，每一个数代表一个byte地址，也就是可以表示(2^64-1) 个byte内存空间大小；

VAR   
piTest: POINTER TO DWORD;(*指向dword类型的指针*)
pbTest: pointer to bool;(*指向bool类型的指针*)
prTest: pointer to real;(*指向real类型的指针*)
paiTest: POINTER TO ARRAY[1..10] OF INT ; (*指向int类型数组的指针*)
iSize  :ARRAY[0..3] OF  UINT;
END_VAR

iSize[0] := SIZEOF(piTest);
iSize[1] := SIZEOF(pbTest);
iSize[2] := SIZEOF(prTest);
iSize[3] := SIZEOF(paiTest);

sizeof 返回变量所占空间的字节数

(5)指针类型的地址

指针类型的变量也是变量，每个变量都有自己的地址；
如下图所示：

• piTest中的值是dwTest的地址
• ppTest中的值是piTest的地址；
• ppTest^ : 获得的是dwTest的地址
• ppTest^^ : 获得的是dwTest变量的值，等价于 piTest^

VAR
ppTest: POINTER TO POINTER TO DWORD;  
piTest: POINTER TO DWORD;
dwTest : DWORD := 100;
END_VAR

piTest := ADR(dwTest);
ppTest := ADR(piTest);

(6) 地址映射

• 指针的值(变量的地址)可以知道从那块区域取数据
• 指针的类型可以知道取多少个字节数据；
• 取的数据要和指针的类型一一映射

首先定义一个结构体

TYPE DUT :
STRUCT
	bTest1 : BOOL;(*1个字节*)
	bTest2 : BOOL;(*1个字节*)
	iTest  : INT;(*2个字节*)
	diTest : DINT;(*4个字节*)
END_STRUCT
END_TYPE

进行测试

VAR
 abyTest :ARRAY[0..7] OF BYTE := [1,0,2,0,7,0,0,0];
 pdutTest: POINTER TO DUT;
END_VAR

pdutTest := ADR(abyTest[0]);

其原理如图，变量pdutTest的值是 abyTest[0]的地址，然后就从abyTest[0]开始，取pdutTest指向DUT数据类型大小的数据，DUT为8个字节；也就是取abyTest[0]到abyTest[7]中的内容（因为数组的物理地址是连续的）映射到结构体DUT中；

(7) 指针保护

• 指针没有保护，如果指针指向的位置是不可知的，因为指针变量的值是别的变量的地址，通过指针访问修改了一个不确定含义的地址，结果是不可知的；

VAR
 pdutTest: POINTER TO INT;
END_VAR

pdutTest :=16#002341234;(*随便赋值,16#002341234地址不知是哪个变量地址*)

• 指针默认值是为0，意味着空指针

VAR
 pdutTest: POINTER TO INT;
END_VAR

• 指针没有类型保护
  例如用一个INT类型指针，指向BOOL变量地址不会报警。
  一个BOOL变量会占用一个字节空间，其变量值取决于字节最低位的值；如果修改其他位(比如第二位)的值为1，BOOL变量会怎么样呢 ？
  
  代码验证

VAR
 bTest  : BOOL:= TRUE;
 pbyTest: POINTER TO INT;
END_VAR

pbyTest := ADR(bTest);(INT型指针 指向BOOL类型地址)
pbyTest^ := 2;(*通过指针，把BOOL变量第二位置为1*) 

(8) 指针偏移：下标（[]）和加减操作符，可以控控制指针的偏移

（1）加减操作符方式

VAR     
  piTest : POINTER TO INT;
  aiTest : ARRAY[1..10] OF INT :=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10];
  iTest  : INT;
END_VAR

(*获得数组 aiTest[0]的地址，等价于piTest := ADR(aiTest[0])*)
piTest := ADR(aiTest);
(*获得数组 aiTest[1]的地址，需要当前地址偏移2个Byte地址，因为一个INT占2个byte*)
piTest := piTest + 2;
iTest  := piTest^;

（1）通过下标的方式：它进行了2部分工作，第一步是进行地址偏移，第二步取偏移后地址对应存储区的变量值；

VAR     
  piTest : POINTER TO INT;
  aiTest : ARRAY[1..10] OF INT :=[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10];
  iTest  : INT;
END_VAR

(*获得数组 aiTest[0]的地址，等价于piTest := ADR(aiTest[0])*)
piTest := ADR(aiTest);

(*1 地址偏移：地址偏移量的计算方法是 下标中的数字n * sizeof(piTest所指向的数据类型),在这里是  1 * sizeof(int) = 2*)
(*2 取新地址对应存取区的变量值*)
iTest := piTest[1];

(9) 应用举例

写一个求可变数组求和的函数（数组是可变，最大数组长度位10000，最小为1）

• 写法1：

FUNCTION POU : LINT
VAR_INPUT
	aiTest : ARRAY[1..10000] OF INT ;(*传入外部数组所有数据*）
    iNum   : INT;  (*外部数组长度*)
END_VAR
VAR
  i :INT;
END_VAR

(*求和计算*)
FOR i := 1 TO iNum BY 1 DO
    POU := POU + aiTest[i];(*累加求和*)
END_FOR;

• 写法2：–指针

FUNCTION POU : LINT
VAR_INPUT
	aiTest : POINTER TO INT ;(*传入外部数组首地址*)
    iNum   : INT;  (*外部数组长度*)
END_VAR
VAR
  i :INT;
END_VAR

(*求和计算方式1*)
FOR i := 1 TO iNum BY 1 DO
    POU := POU + aiTest[i]; (*取地址对应中的数据，不断累积求和*)
END_FOR;

(*求和计算方式2*)
FOR i := 1 TO iNum BY 1 DO
    POU := POU + aiTest^; (*取地址对应中的数据，不断累积求和*)
	aiTest := aiTest + SIZEOF(INT);(*指向数组中下一个INT型变量地址*)
END_FOR;

• 比较说明
  写法2明显会开辟的空间小，指针类型变量占用8个字节，数组变量（ARRAY[1…10000] OF INT）占用10000*2=20000个字节，如果数组长度为百万，千万，其效果更明显；