需要实例化不同类/对象并在引导时确定的硬件插槽的设计模式

Question

这是一个我正在为其设计程序的嵌入式定制电路板的C++问题。如果有帮助，我们将运行freeRTOS。主板有3个物理插槽/接头。1个插槽/接头有20个引脚，可接受3个特定电路板中的1个，但将来可能会有更多电路板。另外两个插槽/插头有18个引脚，每个插脚可以容纳8个板中的1个，但将来可能会有更多的板。

电路板通常通过SPI进行通信，但有时需要手动调用GPIO(取决于所安装的电路板)。由于向后兼容性问题，通信方案无法标准化(我想不出来)。如果最终客户选择，插入这些插槽的主板必须能够插入其他不同的主板。

我有一个SPI类，它提供了基本的硬件SPI。我有一个slot类，它接受指向SPI对象的指针，并包含一些复位引脚和一些测试函数，以确定哪个板插入了哪个插槽。我实例化了3个此类slot对象，每个物理slot/header对应一个。

在确定了每个插槽包含的内容之后，我现在需要为每个板设计/创建/编写类，但我遇到了架构问题，至少在我看来是这样的。由于这是一个嵌入式系统，我希望避免使用关键字"new“，但这并不是一成不变的。

我的想法是，实例化每个电路板的副本，然后只使用检测到的3个，这在空间上是浪费的。

在我的脑海中，我在想，我的slot类可能应该有某种类型的空指针，它可以被设置为在我们确定它是什么板之后指向被实例化的对象。在这种情况下，我很确定我必须使用"new“。

我知道在C中有“联合”的概念，你可以创建某种自定义类型，它可以是几种类型中的任何一种。当您创建此类型的副本时，它会为联合中最大的成员分配足够的内存。您是否可以在C++中这样做，并将类作为联合的成员，然后以某种方式使其成为您确定插槽包含的类的类型？

还有其他的设计想法吗？

为了让别人更好地了解这个问题，还需要添加其他信息吗？

谢谢,

Answer 1

由于这是一个嵌入式系统，我想避免使用关键字“

”，但这并不是一成不变的。

您可以使用"placement new“和静态分配的内存缓冲区，其大小是所用类大小的最大值。类似于以下内容(see in online ide)：

#include <iostream>

class Base {
public:
    Base() { std::cout << __FUNCTION__ << std::endl; }
    virtual ~Base() { std::cout << __FUNCTION__ << std::endl; }
    virtual void print(void) = 0; 
};

class A : public Base {
public:
    A(int i_) : i(i_) { std::cout << "\t" << __FUNCTION__ << " " << i << std::endl; }
    virtual ~A() { std::cout << "\t" << __FUNCTION__ << " " << i << std::endl; }
    virtual void print(void) { std::cout << "\t\t" << __FUNCTION__ << " " << i << std::endl; }

private:
   int i;
};

class B : public Base {
public:
    B(int i_, int j_) : i(i_), j(j_) { std::cout << "\t" << __FUNCTION__ << " " << i << " " << j << std::endl; }
    virtual ~B() { std::cout << "\t" << __FUNCTION__ << " " << i << " " << j << std::endl; }
    virtual void print(void) { std::cout << "\t\t" << __FUNCTION__ << " " << i << " " << j << std::endl; }

private:
   int i;
   int j;
};

#define SIZE_IN(class, type)  ((sizeof(class)+sizeof(type)-1)/sizeof(type))
#define POOL_PLACE(class) uint8_t place_##class [ sizeof(class) ]

// Just for simple MAX() calculation
union pool_member_sizes
{
    POOL_PLACE(A);
    POOL_PLACE(B);
    // class C, D, E, ...
};

// statically allocate pool memory for set of classes, one pool for each set
// choose required alignment by pool "type"
uint32_t pool[ SIZE_IN(pool_member_sizes, uint32_t) ];

Base *driver;

int main()
{
    driver = new(pool) A(1);
    driver->print();
    driver->~Base();

    driver = new(pool) B(2,3);
    driver->print();
    driver->~Base();

    driver = new(pool) A(4);
    driver->print();
    driver->~Base();
}