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完成了绑定局部变量的任务之后对成功就满怀信心了，让我们再接再厉，一口气把剩下的任务完成，要攻克的堡垒只剩下最后一座了：绑定易失变量的值，以及堆空间的分配和释放，让我们在夕阳落山之前解决它，然后可以美美的睡上一觉。
先说说上次栈帧断言的事，通过宏定义的栈帧大小很难预先计算——用户可能随时修改代码；尽管一个较大的值比较安全，但一方面这不是绝对的，另一方面在一些场合（比如嵌入式）我们要使用紧凑的栈来节约空间，这就要避免栈溢出的情况。尽管一般来说因为栈分配是编译期的事所以无法做到动态进行（c99有动态数组，一些平台上有alloc栈分配函数），但如果能通过断言在运行时给出错误提示那也不错了。
为了得出栈帧大小，我们必须有栈帧起始地址，栈帧结束地址或者附近位置的地址。比如，如果局部变量按顺序排列的话，起始地址可以看作是第一个变量的地址，而结束地址是最后一个变量的地址（附加上函数调用入栈参数的最大长度）。第一个无法预先得到，第二个理论上也存在问题，我们预先假设的顺序也不一定成立——编译器不会保证它。但对进入到slot的栈帧，我们是可以得到起始地址的，就是我们定义的数组伪栈，我们可以把它的地址放到slot里：
slot->stack_frame_head = (void *)&temp[SLOT_STACK_FRAME_SIZE-1]; // 注意栈递减情况下，起始地址在最后一个字节上
那么栈尾呢？我们要的是应该的栈尾位置，跟定义的伪栈大小无关。这里的解决办法是如果我们知道原先栈的栈尾位置，可以通过和局部变量映射的同样办法映射到偏移后的地址上。那只要得到原先的栈尾位置就可以了：考虑到一旦产生函数调用后，新函数里的变量就肯定位于之前栈的上面了，也就是说可以得到大于并挨着原先栈尾的位置。我们可以在signal connect函数里，对局部变量求地址：
slot->stack_frame_tail = (void *)&p;
然后在CONNECT宏中求得__SLOT_STACK_OFFSET之后的位置添加：
assert(SLOT_STACK_FRAME_SIZE > (size_t)__SLOT_PTR->stack_frame_head \
- ((size_t)__SLOT_PTR->stack_frame_tail - __SLOT_STACK_OFFSET)); \
好了，赶紧回到我们的最终任务上，前面我们绑定的局部变量有一个要求，就是必须按照例子中的那样，main中调用signal的时候，自己还没有退出，但实际使用中可无法保证这一点，一个是，我们可能在一个子函数中完成连接，在调用还没产生前已经返回了，还有一个是，如果并发的情况，你不知道那个函数还有没有结束，如果结束了，和前一种情况一样，它们使用的栈空间已经被释放，你从那个位置复制过来的值就“失效”了。
这个时候我们必须要有可以在堆上分配并获取这些值的办法。方案就是把这些值附加到slot上，然后slot自然也是不能消失的，在调用产生的时候，可以恢复它们。slot附加参数的办法自然和signal是类似的，两种方法，一是和现有signal方案一样，一种是我们讨论过但没有采纳的动态分配方案。这里我们选择了和signal的不同的方案，因为slot不像signal需要预先设计，我觉得这种方案要灵活些。
我们定义参数的类型：
struct __SlotArg {
size_t addr;
size_t size;
void *value;
};
它其中包含三个部分，一个是栈帧上的偏移，一个是大小，还有一个指向它在堆上分配的值的空间。为什么这样设计，请继续往下看。
我们定义完整的slot类型，让它包括一个参数部分：
struct __Slot {
unsigned int argc;
struct __SlotArg *argv;
int signaling;
void *func_addr;
void *stack_addr;
void *stack_frame_head;
void *stack_frame_tail;
void (*signal_slot_invoke)(struct __Slot *);
struct __Signal *signal;
struct __Slot *next;
struct __Slot *prev;
};
其中的argc表示参数的数量，argv自然指向一个类似于参数数组（或其他集合）的东西。为了提高效率我们采用的是数组，这样可以在一次完成对所有变量所占空间的分配。那么携带参数的方法就是一个变参函数：
void __slot_fetch_args(struct __Slot *slot, unsigned int count, ...)
{
unsigned int i;
size_t size;
char *p;
va_list ap;
slot->argc = count;
// 预分配足够的a参数描述数组空间
size = sizeof(struct __SlotArg) * count;
p = (char *)size;
slot->argv = (struct __SlotArg *)malloc(size);
// 通过函数参数完成对参数描述数组的赋值
va_start(ap, count);
for (i = 0; i < count; i++) {
slot->argv.addr = (size_t)(va_arg(ap, void *));
slot->argv.size = va_arg(ap, size_t);
size += slot->argv.size;
}
va_end(ap);
// 在预分配的空间上一次分配完所有变量值存储的空间
slot->argv = (struct __SlotArg *)realloc(slot->argv, size);
p += (size_t)slot->argv;
for (i = 0; i < count; i++) {
slot->argv.value = p;
// 保存值
memcpy(slot->argv.value, (void *)(slot->argv.addr), slot->argv.size);
p += slot->argv.size;
}
}
函数的第一个参数不用说了，第二个参数是所携带参数的个数，也就是slot->argc，接下来的参数传递，是按照大小，和地址两两逐个进行的，这是因为不同的参数肯定有不同的类型，我们不需要处理类型（也无法处理），只需要处理内容（值）就可以了。从注释我们可以看到，上诉参数类型只是用于描述参数的，真正的参数附着在参数描述数组的后面，我们把它们的在堆上的地址保存在参数描述数组里。
然后进入到slot后，我们可以通过一个简单的过程，一次性复制所有参数到当前栈帧上供接下来引用，因为参数描述的addr是前局部变量的地址，因此很容易转换到当前帧上：
void __slot_commit_args(struct __Slot *slot, size_t slot_stack_offset)
{
unsigned int i;
for (i = 0; i < slot->argc; i++) {
memcpy((void *)((size_t)slot->argv.addr - slot_stack_offset), slot->argv.value, slot->argv.size);
}
}
为了使用上的方便，我们分别用SLOT_FETCH_LOCAL_VAR和SLOT_COMMIT_LOCAL_VAR宏来代替它们：
#define __SLOT_PARAMS(z, n, seq) \
, &BOOST_PP_SEQ_ELEM(n, seq), sizeof(BOOST_PP_SEQ_ELEM(n, seq))
#define __SLOT_VA_ARGS(n, tuple) \
n BOOST_PP_REPEAT(n, __SLOT_PARAMS, BOOST_PP_TUPLE_TO_SEQ(n, tuple))
#define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, n, a) \
__slot_fetch_args(slot_ptr, __SLOT_VA_ARGS(n, a));
// #define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR0(slot_ptr) SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, 0, ())
#define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR1(slot_ptr, ...) SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, 1, (__VA_ARGS__))
#define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR2(slot_ptr, ...) SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, 2, (__VA_ARGS__))
#define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR3(slot_ptr, ...) SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, 3, (__VA_ARGS__))
#define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR4(slot_ptr, ...) SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, 4, (__VA_ARGS__))
#define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR5(slot_ptr, ...) SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, 5, (__VA_ARGS__))
#define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR6(slot_ptr, ...) SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, 6, (__VA_ARGS__))
#define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR7(slot_ptr, ...) SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, 7, (__VA_ARGS__))
#define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR8(slot_ptr, ...) SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, 8, (__VA_ARGS__))
#define SLOT_FETCH_LOCAL_VAR9(slot_ptr, ...) SLOT_FETCH_LOCAL_VAR(slot_ptr, 9, (__VA_ARGS__))
#define SLOT_COMMIT_LOCAL_VAR() \
__slot_commit_args(__SLOT_PTR, __SLOT_STACK_OFFSET);
同样如果你不想用栈复制，可以直接引用堆上的变量，同样需要自己指定类型：
#define SLOT_ARG(n, type) \
(*((type *)__SLOT_PTR->argv[n].value))
最后我们的slot如果需要释放，也需要释放变量分配的空间：
#define SLOT_FREE_ARGS(slot_ptr) \
if ((slot_ptr)->argc > 0) { \
free((slot_ptr)->argv); \
(slot_ptr)->argc = 0; \
}
SLOT的初始化需要增加argc字段：
#define SLOT_INIT(slot_ptr) \
(slot_ptr)->argc = 0; \
(slot_ptr)->signal = 0;
差不多完成了。且慢，我们还没处理完连接部分，比如signal，slot单方面释放问题，还有如果是堆上分配的空间，到底如何被释放，比如我们的堆上的slot连接完了之后，signal如果disconnect掉它，它就变成悬浮的对象了（signal并不知道这一点），我们需要有一个最终处理过程：这可以通过signal指定不同signaling标记再调用一次slot完成，重写signal_disconnect函数，增加这一调用：
void __signal_disconnect(struct __Signal *signal, struct __Slot *slot)
{
if (slot->prev) {
slot->prev->next = slot->next;
} else {
signal->slot = slot->next;
}
if (slot->next) {
slot->next->prev = slot->prev;
}
/* 通知slot连接被释放 */
slot->signaling = -1;
if (setjmp(signal->environment) == 0) {
slot->signal_slot_invoke(slot);
}
}
重写我们SIGNAL_CONNECT宏，增加一个finalization表达式参数：
#define SIGNAL_CONNECT(signal_ptr, slot_ptr, statement, finalization) \
{ \
SLOT * __SLOT_PTR = (SLOT *)(slot_ptr); \
struct __Signal * __signal_ptr; \
volatile size_t __SLOT_STACK_OFFSET; \
__SLOT_PTR->stack_addr = (void *)&__SLOT_STACK_OFFSET; \
__SLOT_PTR->signal_slot_invoke = &__signal_slot_invoke; \
__signal_connect((struct __Signal *)(signal_ptr), __SLOT_PTR); \
__SIGNAL_SLOT_ENTRY(__SLOT_PTR); \
__signal_ptr = __SLOT_PTR->signal; \
if (__SLOT_PTR->signaling > 0) { \
__SLOT_STACK_OFFSET = (size_t)&__SLOT_STACK_OFFSET; \
__SLOT_STACK_OFFSET = (size_t)(__SLOT_PTR->stack_addr) - __SLOT_STACK_OFFSET; \
assert(SLOT_STACK_FRAME_SIZE > (size_t)__SLOT_PTR->stack_frame_head \
- ((size_t)__SLOT_PTR->stack_frame_tail - __SLOT_STACK_OFFSET)); \
{ \
__SLOT_BLOCK statement; \
} \
longjmp(__signal_ptr->environment, 1); \
} else if (__SLOT_PTR->signaling < 0) { \
__SLOT_PTR->signal = 0; \
__SLOT_STACK_OFFSET = (size_t)&__SLOT_STACK_OFFSET; \
__SLOT_STACK_OFFSET = (size_t)(__SLOT_PTR->stack_addr) - __SLOT_STACK_OFFSET; \
assert(SLOT_STACK_FRAME_SIZE > (size_t)__SLOT_PTR->stack_frame_head \
- ((size_t)__SLOT_PTR->stack_frame_tail - __SLOT_STACK_OFFSET)); \
{ \
__SLOT_BLOCK finalization; \
} \
longjmp(__signal_ptr->environment, 1); \
} \
}
然后是单独释放signal或者slot的宏：
#define SIGNAL_FREE(signal_ptr) \
while (signal->slot) { \
__signal_disconnect(signal, signal->slot); \
} \
#define SLOT_FREE(slot_ptr) \
if ((slot_ptr)->signal) __signal_disconnect((slot_ptr)->signal, slot_ptr); \
SLOT_FREE_ARGS(slot_ptr)
让我们来测试一下：
void connect(struct __Signal *signal)
{
int i = 5;
float j = 10.0;
SLOT *slot = (SLOT *)malloc(sizeof(SLOT));
/* 携带局部变量i，j当前值 */
SLOT_FETCH_LOCAL_VAR2(slot, i, j);
SIGNAL_CONNECT(signal, slot
, (
/* 提交携带的值 */
SLOT_COMMIT_LOCAL_VAR();
printf("int=%d, float=%f\n", i, j);
)
, (
/* 释放slot参数及自身空间 */
SLOT_FREE(slot);
free(slot);
)
);
}
int main()
{
SIGNAL2(int, float) signal;
SLOT slot;
SLOT_INIT(&slot);
SIGNAL_INIT(&signal);
/* 子函数中的连接 */
connect((struct __Signal *)&signal);
/* 宿主内部连接 */
SIGNAL_CONNECT(&signal, &slot
, (
SLOT_COMMIT_LOCAL_VAR();
SLOT_REUSE_LOCAL_VAR(signal);
printf("int=%d, float=%f\n", signal._1, signal._2);
)
, ()
);
SIGNAL2_EMIT(&signal, 5, 10);
SIGNAL_DISCONNECT(&signal, &slot);
return 0;
}
自此所有的工作基本就告成了，当然始终还存在些微小的修饰，以及高阶功能的增强，如果有人感兴趣了，留待一起讨论改善。
从这里的实现还可以知道，结合signal/slot，我们可以在c中完成类似lambda表达式这种函数式编程功能，你可以定义一系列参数的FUNCTOR宏，来模拟函数对象，然后作为参数进行传递。这些工作就交给大家自己完成了。
附件是目前为止的代码，欢迎大家下载测试并完善。 |
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楼主: TiGEr.zZ
发表于 2009-11-06 17:02
