如何创建跨平台类抽象？

Question

我一直在思考如何创建一个“面向对象的”跨平台抽象。

在C++中，类需要在其接口(即公共方法)与其实现(即私有方法和数据)之间进行一定程度的耦合。

我知道有几种设计技术/模式可以在一定程度上解决这个问题。我要用一个“互斥”作为例子。对于这些示例，我将互斥体的“接口”定义为具有以下签名的两个方法：

void lock();
void unlock();

理想情况下，我可以使用如下所示的Mutex类：

#include <Mutex.hpp>

void myFunction()
{
    Mutex m;
    m.lock();
    //...
    m.unlock();
}

class MyClass
{
//...
private:
    mutable Mutex _mutex;
};

选项1:虚拟函数

//In IMutex.hpp
class IMutex
{
public:
    virtual void lock() = 0;
    virtual void unlock() = 0;
};

//In FreeRTOSMutex.hpp
class FreeRTOSMutex : public IMutex
{
//FreeRTOS implementation here
};

//In STDMutex.hpp
class STDMutex : public IMutex
{
//Implementation using std::mutex here
};

问题是

1. 它引入了虚拟方法调用的开销(这通常不是问题)。
2. 更重要的是，您不能创建IMutex的实例，因此使用互斥对象要困难得多。
3. 对于给定的编译软件/固件，只有一个互斥实现，因此所有这些开销都是完全不必要的(即不需要运行时多态)。

选项2: PIMPL

//In Mutex.hpp
class Mutex
{
public:
    void lock();
    void unlock();

private:
    class Implementation;
    std::unique_ptr<Implementation> _impl;
};

//In Mutex.cpp for FreeRTOS
class Mutex::Implementation
{
//FreeRTOS implementation here
};
void Mutex::lock()
{
    _impl->lock();
}
void Mutex::unlock()
{
    _impl->unlock();
}

这里的优点是Mutex现在是一个可以直接创建的类(例如，在堆栈上)。缺点是它必须使用堆(对嵌入式系统不友好)。它还通过指针引入了一个间接方向。因此，真正的缺点是类似于使用虚拟方法。

选项3：“C++标准库方式”

在我看来，C++标准库规范本质上是一种抽象类型。它用文字和伪码定义了什么类、函数等.应该存在于什么文件中。然后，由特定的编译器/库实现来确保在正确的位置提供正确的文件和正确的内容。

因此，对于互斥实例，代码只是

//In FreeRTOS implementation library
//In Mutex.hpp
class Mutex
{
//Implementation for FreeRTOS
};

//In STD implementation library
//In Mutex.hpp
class Mutex
{
//Implementation for std::mutex
};

然后由用户来包含和链接正确的实现。

这种方法的缺点是对Mutex的接口没有正式的(即，在代码中)描述。因此，在编写使用Mutex的代码时，它必须至少使用一些实现。

我的问题是，我是否还没有考虑其他的解决办法？

Answer 1

抽象类对于运行时更改非常有用。除非你需要热交换运行中的应用程序.操作系统？硬件？这里不需要运行时的可变性。抽象类不是工作的最佳工具，但它可以工作。然而，还有另一种方法。分离C++中的头文件和实现文件。在Mutex.hpp中定义公共接口：

class Mutex
{
public:
    void lock();
    void unlock();
}

然后创建特定于实现的版本，以满足实现标头中方法的每个平台。

In: Platform/FreeRTOS/Mutex.cpp

class Mutex
{
public:
    void lock() {
        // FreeRTOS implementation
    }

    void unlock() {
        // FreeRTOS implementation
    }
}

为每个平台创建一个子文件夹，并在每个平台中编写一个Mutex.cpp。在构建时，根据所针对的平台链接适当的.cpp文件。对于C++和C来说，这是相当标准的开销。您可以得到一个强类型的类，而无需使用虚拟方法调用的开销。决策是在编译时作出的，而不是在运行时作出的。