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基于C++简易CRTP框架的嵌入式软件设计

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 楼主| dong_abc 发表于 2013-8-27 21:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
软件设计, C++, 嵌入式软件, TE, Detect
本帖最后由 dong_abc 于 2014-5-13 13:18 编辑

题记：有一条小径，它别有洞天 ！

         近段时间在学习C++模板元编程。在学习C++ CRTP（递归模板）的时候，发现我只能用两个字来形容CRTP这种编程框架——“自由”，程序随性自由拓展，而丝毫不用改变之前原有的代码结构。
         
        1、 首先，简单描述一下C++的CRTP编程模式的使用。
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  1. template <class T>
    

  2. struct base {    
    

  3.    void interface() {         
    

  4.    static_cast<T*>(this)->implementation();   
    

  5. }
    

  6.     void implementation();
    

  7.     ...
    

  8. }; 
    


  9. 

  10. struct derived : base<T> {     
    

  11.     void implementation();
    

  12.      ...
    

  13. };
定义了一个基类模板 和 一个基类模板的派生类。
这两个类中都有 void implementation()函数，而且在基类的void interface()接口函数中用一个静态指针指向了implementation()函数。

实例化一个基类，并将派生类作为基类的参数。
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  1. base<derived> base_t;
    

  2. base_t.implementation();
调用基类的implementation()成员函数，这时是调用的基类中的implementation()函数
还是派生类中的implementation()函数呢？

由于我们已经在derived派生类中定义了implementation()函数，并且base类实例化时的参数指向了derived派生类。
所以base_t.implementation()调用的是派生类derived中的成员函数implementation()。

如果派生类derived中没有定义implementation()成员函数，
那么base_t.implementation()调用的是基类base中的成员函数implementation()。

因此，base类模板既可以调用当前的成员函数，还可以调用未来（派生类）的成员函数。
此特性称为“静态多态”，CRTP即使实现一种静态的多态效应。

       2、上面已经描述了CRTP的基本使用。现在我们来做一个基于单片机的小项目，这里使用的新唐的NU_Tiny-EVB_120和 keil开发环境。本项目是一个CO探测器，其工作流程非常简单。
探测器自检初始化 ---> 传感器检测当前环境CO含量并发出状态警告 ---> 进入低功耗模式 ---> 30秒后唤醒单片机，传感器再次检测当前环境CO含量并发出状态警告 ---> 进入低功耗模式 ...以此循环。
先给出基于CRTP的基本框架。
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  1. //detector.h
    

  2. #ifndef __Detector_H__
    

  3. #define __Detector_H__
    

  4. #include "routine.h"
    

  5. template<typename T>
    

  6. struct detector {    
    

  7.      void fun() {
    

  8.      static_cast<T*>(this)->detector_init(0,"__DATE__");
    

  9.      for(;;){
    

  10.         static_cast<T*>(this)->detector_poll();
    

  11.         static_cast<T*>(this)->power_down();
    

  12.      }
    

  13. }
    

  14.     void detector_poll() {
    

  15.         while( static_cast<T*>(this)->power_scan() );
    

  16.         static_cast<T*>(this)->sensor_scan();
    

  17.         static_cast<T*>(this)->danger_warn();
    

  18.         static_cast<T*>(this)->dev_state();
    

  19. }
    

  20.     
    

  21.     void detector_init(int, char*);
    

  22.     int power_scan();
    

  23.     void power_down();
    

  24.     void danger_warn();
    

  25.     void dev_state();
    

  26.     void sensor_scan();    
    

  27. };
    


  28. 

  29. template<typename T>
    

  30. void detector<T>::detector_init(int, char*) { }
    

  31. template<typename T>
    

  32. void detector<T>::power_down() { }
    

  33. template<typename T>
    

  34. int detector<T>::power_scan() {return 0;}
    

  35. /*xx厂家传感器*/
    

  36. template<typename T>
    

  37. void detector<T>::sensor_scan()
    

  38. { 
    

  39.     routine_tt.io();//传感器扫描用翻转io来指示
    

  40. }
    

  41. template<typename T>
    

  42. void detector<T>::danger_warn() {  }
    

  43. template<typename T>
    

  44. void detector<T>::dev_state() {}
    


  45. 

  46. /*----------------------------------------------------------------------------*/
    

  47. /*yy厂家传感器*/
    

  48. struct detector_a:detector<detector_a> {
    

  49. /*void sensor_scan() 
    

  50. { 
    

  51.     routine_tt.io();//传感器扫描用翻转io来指示 
    

  52. }*/
    

  53. };
    

  54. #endif
    


  55. 

  56. //main.cpp
    

  57. #include"detector.h"
    

  58. int main (void)
    

  59. {
    

  60.    __enable_irq();   
    

  61.    detector<detector_a> co_star; 
    

  62.    co_star.fun();   
    

  63.    while(1)
    

  64.    {
    

  65.    }
    

  66. }

为了方便阅读，我删除了函数中具体的内容，只留下了一个最小框架。

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  1. detector<detector_a> co_star; 
    

  2. co_star.fun();
主函数中实例化了一个探测器co_star模板类，并且参数指向了detector模板的派生类detector_a,
由于我们使用的传感器类型较多，每个厂家，每个型号 的传感器的工作方式又可能不尽相同。
所以我在detector模板中预留了一种传感器（xx厂家的传感器），其扫描方式为detector<T>::sensor_scan()。

其后因市场原因，又需要使用yy厂家的传感器，所以我在detector模板的基础上派生了一个detector_a类，
同样定义yy的扫描方式为sensor_scan()，只是在detector实例化的时候，将参数指向了detector_a .
复制
  1. /*yy厂家传感器*/
    

  2. struct detector_a:detector<detector_a>{
    

  3. void sensor_scan() 
    

  4. { 
    

  5.     routine_tt.io();//传感器扫描用翻转io来指示  
    

  6. }
所以主函数中co_star.fun()调用的detector<detector_a>::sensor_scan()其实是指向了yy厂家传感器的扫描方式
detector_a::sensor_scan()。

这里不仅仅传感器扫描可以通过CRTP来拓展，从fun() 到 detector_poll() 到 sensor_scan() 全都可以通过CRTP的静态多态效应来拓展/重构。
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  1. struct detector_a:detector<detector_a>{
    

  2. void fun()
    

  3. { 
    

  4. ...  
    

  5. }
    


  6. 

  7. struct detector_a:detector<detector_a>{
    

  8. void detector_poll()
    

  9. { 
    

  10. ...  
    

  11. }
从整个框架到一个内部函数都可用这种机制来拓展/重构，其可拓展的粒度可以是一个最小的函数调用。现在你可否体会到C++ CRTP模式的程序拓展呢？
本帖测试源代码也上传至此，具体的函数实现被我删掉了，仅以一个io翻转来做演示，请见谅。


如果您还想深入了解CRTP框架的嵌入式软件设计，可以看看john_lee老师的课程记录
https://bbs.21ic.com/icview-577248-1-1.html

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airwill 发表于 2013-8-28 06:26 | 显示全部楼层
非常支持。
看来c++ 进入嵌入式系统，也具有很强的优势。
很想找时间也来玩一玩
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diweo 发表于 2013-8-28 08:04 | 显示全部楼层
确实很有吸引力
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 楼主| dong_abc 发表于 2013-8-28 12:35 | 显示全部楼层
airwill 发表于 2013-8-28 06:26
非常支持。
看来c++ 进入嵌入式系统，也具有很强的优势。
很想找时间也来玩一玩 ...

恩，舍得花时间玩的人不多。
后续我还会发一些关于元编程的嵌入式应用。
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 楼主| dong_abc 发表于 2013-8-28 12:45 | 显示全部楼层
本帖最后由 dong_abc 于 2014-5-13 12:04 编辑

元编程与传统编程方法完全不一样。元程序是在编译的时候解析，通过摸板实例化来组合生成程序代码，其性能丝毫不比C代码差！
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 楼主| dong_abc 发表于 2013-8-28 21:24 | 显示全部楼层
本帖最后由 dong_abc 于 2014-5-13 13:19 编辑

C++ CRTP ...... ！
......
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sedatefire 发表于 2013-8-31 22:09 | 显示全部楼层
lua，不知大家有何看法？
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评论

dong_abc
好像是个脚本相关的，没接触过。  发表于 2013-11-2 19:19
dirtwillfly 发表于 2013-9-1 08:17 | 显示全部楼层
没玩过，关注下。难道以后嵌入式开发也逐渐由C发展到C++
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xd54622 发表于 2013-9-2 19:29 | 显示全部楼层
关注一下
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 楼主| dong_abc 发表于 2013-11-2 17:02 | 显示全部楼层
话说CRTP应该算是我目前所见过建设代码架构最好的方式之一 --------简洁、灵活、高效。
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 楼主| dong_abc 发表于 2013-11-4 12:38 | 显示全部楼层
接上：
最重要的是它不依赖任何第三方组件。
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限量_个性。 发表于 2013-11-4 13:09 | 显示全部楼层
最近也在C++,跟楼楼后面学两招~~:lol:lol
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