指標 (Point)

http://4rdp.blogspot.com/2013/04/point.html?m=0

今年初看了探奇自然科學教室邱老師的貼文 http://touchclassroom.blogspot.tw/2013/04/point.html，說到 ROBOT C 開始提供 Points，真是好消息，因曾承諾邱老師撰文留個心得記錄，今天發表貼文。

C語言和組合語言(Assembly)具有很深的血緣關係，C語言之所以被設計出來，是為了方便韌體工程師開發程式免於被組合語言摧殘，記起二十多年前學生時代，自己獨力撰寫一個 2 kB MOS 6502 (APPLE II 時代) 的程式，雖然只花一周的時間寫出來，但是偵錯卻用三倍的時間除蟲！事後還誇下豪語，說以後再也不碰組合語言這種東西！！不過從事韌體工程師的人哪有不接觸的？還好有 C語言解救了我們，而指標正是C語言的特色之一。

回歸正傳，在談指標之前需要認識一點 CPU 也就是組合語言的軀體，各種 CPU 都有提供間接定址的功能，指標的設計就是利用 CPU 這個功能，就以 Intel 8051 舉個例子：


MOV A,#data
把數值data複製到暫存器A
寫高階程式語言的人都知道，它相當於 A = 3

MOV A,address
把某記憶位址內的資料複製到暫存器A
相當於高階程式語言 A = B

MOV R,#address
把數值address複製到暫存器R
相當於C語言 R = &B

MOV A,@R
以暫存器Rn的內容當做位址，將該記憶位址內的資料複製到暫存器A
相當於C語言 A = *R

以上述指令為例，如果想把數值3複製到暫存器A，可以直接用第一個指令設定它。也可以用第二個指令方法，將記憶體位址B的內容複製到暫存器A，不過前提是記憶體位址B裡面的內容為3，也就是 B = 3，如果B是其它數值，那麼暫存器A的內容會依據複製記憶位址B當時的數值而定，指令三與四是一組的，先指定記憶體位址B到暫存器R，然後以暫存器R內的地址資料，複製到暫存器A。

或許用更淺顯的概念比較容易理解，假想CPU是一個搬運工，第一個指令相當於搬一張桌子到A家，第二個指令等於直接從住家B搬東西到A家，B家有甚麼東西，搬運工就搬甚麼東西，第三條指令則是提供搬運公司R，B住家的地址，然後第四條指令為搬運公司R依地址搬東西到A家。

關於指標用法，在Xander部落格文章中解釋得很清楚，在此不再贅述，不過指標在程式中有甚麼用途？以個人經驗，最常利用它當作資料查表索引，雖然陣列可以將資料排列儲存，但是只能限定一種固定長度資料形態，如果想儲存的資料是變動長度的，那使用指標最恰當不過，舉例來說字元陣列，
char A[3][6]={
"POINTS",
"CAT",
"BOOK"
}
這字串陣列宣告必須以最長字串來宣告，較短的字串會以零值補充尾部，如果想儲存多於六個字元的字串，那陣列就會覆寫到下一筆資料，因為C語言程式編譯時，不會幫你檢查索引範圍，等程式執行後，才會察覺有錯誤。 如果採用指標，資料可以存成
{0x06,"POINTS",0x03,"CAT",0x04,"BOOK"}，以最節省記憶體空間方式儲存，然後以指標當索引指示。

另外想引用其它程式的資料，也非得使用指標，這就是為什麼Windows API多以指標當參數，提供使用者程式呼叫引用，因為Windows程式執行沒有固定記憶體位置，只有利用指標的特性，才能跨界引用以及隨需求更改。

那NXT程式可以如何利用？我覺得NXT有指標最大的優點可突破字串長度限制，ROBOT C限制字串長度最大20個字元，改以字元指標就可以超過長度限制，原則上記憶體空間有多少，就可以引用多少。