嵌入式浮点数据传输实战：指针转换与整数转换方法详解

在嵌入式数据通信中，浮点数据的传输是一个常见需求。本文将详细介绍两种实现浮点数据传输的方法，并分析其优劣。

假设有两个设备A和B，通过串口进行通信。设备A需要将一个双精度浮点数 double love = 520.1314 发送给设备B。由于串口按字节传输数据，因此需要将double类型转换为字节序列。

方法一：转换为整数传输

这种方法的核心思路是避免直接处理浮点数。

1. 转换：在发送端A，将浮点数乘以一个固定倍数（例如love * 10000），转换为一个整数。
2. 传输：将此整数作为8字节数据通过串口发送。
3. 还原：在接收端B，收到数据后，将其除以相同的倍数（10000），即可还原出原始浮点值。

这种方式可以实现数据的准确传输。

方法二：通过指针直接转换

此方法利用指针直接操作内存中的原始数据，是系统编程中提升效率的常用技巧。

1. 获取原始字节：在发送端A，使用指针或memcpy获取浮点数变量在内存中的原始字节序列。

   double love = 520.1314;
   unsigned char data[8] = { 0 };
   memcpy(data, &love, 8);

2. 传输：将data数组中的8个字节通过串口发送。
3. 还原：在接收端B，将接收到的字节数组强制转换为double类型指针，即可访问原始浮点值。

   double* pLove = (double*)recv_data;
   // 使用 *pLove 获取值

浮点数的存储格式

如果将 double love = 520.1314 的十六进制数据打印出来，可能会得到类似 0x8e 0x75 0x71 0x1b 0x0d 0x41 0x80 0x40 的序列。这些字节看起来与520.1314毫无关系，因为它们遵循IEEE 754浮点数标准，使用科学计数法进行存储。具体规范可另行查阅。

总结与对比

以上两种方法均能完成任务，但从嵌入式开发的角度看，差异显著：

• 方法一（整数转换）：

  • 缺点：需要进行乘除运算，在资源受限的嵌入式环境中可能带来额外的计算开销。
  • 缺点：如果浮点数的小数位数不固定，还需额外约定或传输缩放因子，降低了通信效率。

• 方法二（指针转换）：

  • 优点：仅需知晓数据类型即可，无需计算，直接传输内存映像，简单高效。
  • 优点：避免了中间转换和可能的数据精度问题。

指针的本质是获取数据在内存中的地址，所指向的内存块存储着最原始的数据。不同类型的变量只是对这些原始数据的不同解释。掌握指针，意味着能更直接、高效地操作数据，减少不必要的中间转换和内存分配，这对于理解复杂的数据结构及其操作至关重要。

然而，指针带来的风险在于内存越界。如果使用不当，会导致数据损坏或程序崩溃，且此类问题难以排查。因此，在使用指针时，必须严格进行内存边界保护，养成良好的编程习惯，以增强代码的健壮性。