众所周知,C语言并没有原生的面向对象系统,于是乎出现了各种奇妙的C语言面向对象的解决方案,最有名的就是Linux内核里面往对象里插struct **_operation{}
作为多态支持的解决方案,这里QEMU为了实现对多种虚拟设备的支持,提供了一套基本工具作为解决方案,其实在里面可以看到很多C++的影子,就比如说那个object_dynamic_cast_assert
,就很C++。
QEMU对象系统的几个关键结构
当然,并不意外的是,QEMU的对象支持也是以结构体作为支持基础的,它提供了大概Object
、ObjectClass
、TypeInfo
、TypeImpl
几个关键数据结构,作为面向对象系统的基本支持。
下面是这几个类型的UML图:
随便找了个在线工具画了个UML图结果导出还有水印…水印你们凑合着看吧哈…
可以看出,对象的核心系统是Object
,其实也就是我们常说的对象实例,这个实例实际上只保存了其指向的类型信息即ObjectClass
,还有就是其基类的信息,即parent指针。
而ObjectClass
就厉害了,其保存了一个关键指针,也就是TypeImpl
类型的指针,这就保证了他能够访问到其类型的关键信息,包括类型名name
,parent_type
和parent
,这对于寻找父类还是至关重要的。
TypeImpl
保存着最全的类型信息,不但包括类型名、类型大小、是否抽象类、基类名称、基类TypeImpl
指针、所指向的ObjectClass
、还有InterfaceImpl
的相关信息(InterfaceImpl
的相关问题我大概在后面写)
而TypeInfo
我们可以观察到,并没有任何结构与其相连,那么他是怎么和这三个结构产生关联的呢?其实TypeInfo
是面向API使用者的一个工具类,使用者只是在注册类型的时候,提供TypeInfo
所包含的信息(包括方法中的回调函数),然后系统会自动生成一个TypeImpl
存储起来,至此TypeInfo
的生命周期就结束了。
类型的注册过程
一句话讲类型注册系统:QOM维护了一个全局的类型哈希表,可以使用类型名字符串索引到具体的TypeImpl对象,这样一个简单的类型索引系统就跑起来了。
对于一个类管理系统而言,坠好的就是在系统初始化完成的时候,就已经玩成了类管理系统本身的初始化,即所有类都注册好并可以随时调用。QEMU也适时地做到了这一点,它提供了一个type_init的宏,而这个宏其实是module_init宏的一个壳子:
#define type_init(function) module_init(function, MODULE_INIT_QOM) 复制代码
而这个module_init则声明如下:
static void __attribute__((constructor)) do_qemu_init_ ## function(void) \ { \ register_module_init(function, type); \ } 复制代码
这里我们主要关心这个__attribute__((constructor))
这是一个gcc的扩展,意味着这个函数在main函数调用之前就会被调用,这样看来,如果传入的function函数名为kvm_accel_class_init
,这个宏的作用就是生成了一个static void do_qemu_init_kvm_accel_class_init(void)
的函数,并保证其在main函数之前被调用,以达到自动初始化的目的。
这样做的好处,其实也很明了,可以极大的方面模块化的开发,开发者只需要调用一个宏,就可以多声明一个类,而不用去思考我声明完成之后要去哪里哪里插一个初始化函数调用。(幽幽地望向辣鸡net-snmp)。
那么我们继续看这个函数,他做了什么呢?他只是简单地调用register_module_init(function, type);
把这个类型初始化的function
插入到类型链表中去了而已。
这里就说到QOM的全局module链表了,QOM有一个全局的init_type_list
,顾名思义,他是类型的链表,其声明为
QTAILQ_HEAD(, ModuleEntry) ModuTypelist;
static ModuleTypeList init_type_list[MODULE_INIT_MAX];复制代码
可以看出,这是一个链表的数组,而每个链表节点,都是一个模块类型的初始化函数指针,register_module_init
的作用,就是找到对应的下标,然后把这个初始化函数指针插入链表中。方便系统在初始化时,调用module_call_init
集中初始化。
那么初始化函数中应该做些什么呢?
QOM提供了指导,甚至,我们可以直接看KVM是怎么做的:
static const TypeInfo kvm_accel_type = {
.name = TYPE_KVM_ACCEL,
.parent = TYPE_ACCEL,
.class_init = kvm_accel_class_init,
.instance_size = sizeof(KVMState),
};
static void kvm_type_init(void)
{
type_register_static(&kvm_accel_type);
}
type_init(kvm_type_init);
复制代码
他声明了一个TypeInfo,塞了一些个人信息,然后单纯地调用了type_register_static
注册类型。
又是注册类型?这里和之前module的初始化不一样,type_register_staic
创建了一个TypeImpl类型,然后把这个类型插入了一个全局的type_table
中,key是其name
成员,value则指向TypeImpl
本身。
这样一套全局的类型注册就完成了,简单而言,QOM维护了一个全局的类型哈希表,可以使用类型名字符串索引到具体的TypeImpl对象,这样一个简单的类型索引系统就跑起来了。
类型的动态转换过程
QOM实现了简单的继承机制,相应地,QOM也提供了一套相对完整的类型转换机制,以实现基类到子类、子类到基类的各种转换。
这里其实是依赖内存布局的,这里的布局与C++几乎一致,子类型的内存布局,起始都是基类型的成员,这样子类转基类只需要一个强制转换就可以搞定了。
而基类转子类就要稍微麻烦一些,你怎么知道这个基类对象就是这个子类对象的实例呢,转错了你负责吗?所幸也不是很麻烦,你看,我们的Object
类型和TypeImpl
不是都有parent
指针嘛,我们还有可以根据类型名索引类型的哈希表,要查一下亲子关系也不是很麻烦,向上遍历parent
,查到了你就是,查不到你就不是,就这么简单。
QEMU提供了以下几个宏作为类型转换的基础:
/**
* OBJECT:
* @obj: A derivative of #Object
*
* Converts an object to a #Object. Since all objects are #Objects,
* this function will always succeed.
*/
#define OBJECT(obj) \
((Object *)(obj))
/**
* OBJECT_CLASS:
* @class: A derivative of #ObjectClass.
*
* Converts a class to an #ObjectClass. Since all objects are #Objects,
* this function will always succeed.
*/
#define OBJECT_CLASS(class) \
((ObjectClass *)(class))
/**
* OBJECT_CHECK:
* @type: The C type to use for the return value.
* @obj: A derivative of @type to cast.
* @name: The QOM typename of @type
*
* A type safe version of @object_dynamic_cast_assert. Typically each class
* will define a macro based on this type to perform type safe dynamic_casts to
* this object type.
*
* If an invalid object is passed to this function, a run time assert will be
* generated.
*/
#define OBJECT_CHECK(type, obj, name) \
((type *)object_dynamic_cast_assert(OBJECT(obj), (name), \
__FILE__, __LINE__, __func__))
/**
* OBJECT_CLASS_CHECK:
* @class_type: The C type to use for the return value.
* @class: A derivative class of @class_type to cast.
* @name: the QOM typename of @class_type.
*
* A type safe version of @object_class_dynamic_cast_assert. This macro is
* typically wrapped by each type to perform type safe casts of a class to a
* specific class type.
*/
#define OBJECT_CLASS_CHECK(class_type, class, name) \
((class_type *)object_class_dynamic_cast_assert(OBJECT_CLASS(class), (name), \
__FILE__, __LINE__, __func__))
/**
* OBJECT_GET_CLASS:
* @class: The C type to use for the return value.
* @obj: The object to obtain the class for.
* @name: The QOM typename of @obj.
*
* This function will return a specific class for a given object. Its generally
* used by each type to provide a type safe macro to get a specific class type
* from an object.
*/
#define OBJECT_GET_CLASS(class, obj, name) \
OBJECT_CLASS_CHECK(class, object_get_class(OBJECT(obj)), name) 复制代码
具体你们自己看吧,注释都说的很清楚了。基本上其类型转换都是调用了两个函数:
object_dynamic_cast_assert
和object_class_dynamic_cast_assert
,其分别调用了去掉cast的那个函数,而前者则是调用了后者(不同的是前者有一个转换缓存),后者所作,就是简单地向上追溯parent判断其祖辈关系是否成立,能够成立则返回传入的obj自身并进行强制转换,这样就完成了简单地动态类型转换,即dynamic_cast
。
总结
QEMU其实实现了一套不错的对象管理系统,包括自动化的对象注册、相对完善的对象管理和比较巧妙的动态转换方式,算是给C语言的OO系统提供了一套不错的思路,可惜受制于语言表达能力,其使用依赖大量的宏,要熟练地使用起这一套东西来,心智负担也并不小,学习曲线还是有些陡峭的,也算是美中不足吧。
转载于:https://juejin.im/post/5cdd596cf265da03b9183eca
发布者:全栈程序员-用户IM,转载请注明出处:https://javaforall.cn/100916.html原文链接:https://javaforall.cn
【正版授权,激活自己账号】: Jetbrains全家桶Ide使用,1年售后保障,每天仅需1毛
【官方授权 正版激活】: 官方授权 正版激活 支持Jetbrains家族下所有IDE 使用个人JB账号...