接续的是 simple c++ 标准程式库。我从来没想过我会去写标准程式库, 这是无心插柳之 作。 标准程式库是一个演算法和系统知识的结合, 和之前偏重在系统知识的程式不同, 比较偏 软体, 我的演算法和资料结构能力太弱, 顺道练习不是坏事。 不知道你有没有和我一样的感觉, 教科书上的演算法资料结构, 似乎在平凡人的工作上功 效不大, 总是有基本程式库打造好这些, 我们只要去用就好了, 这也造成我们很难去练习 这样的程式, 毕竟有了 std::list, 有谁能忍住诱惑不去用呢? 你说用 c 的怎麽办, 有 发现在这样环境下的工程师大部份都用 array 吗? 很少用上 list, map 这些资料结构。 simple os 一开始也都是用 array, simple scheme 也是。 现在我迷上 bare-metal 程式, 刚好有个机会来练习这些基本功, 不是坏事, 只是能在学 生时代就练习到是比较好的。 在写 simple os 时, 就已经写了 (抄了) 不少相对应的 c function, 而在完成 simple scheme bare-metal 的版本时, 又多了一些资料结构, 再来实作 malloc 之後, 我终於有 了动态配置记忆体的能力, 可以写 c++ 的容器 (list, vector, map ...), 好用不少, 再加上实作出 exception handle, 记忆体的管理方便多了, 又在回头改善了 c++ 容器, 让她更像标准程式库的行为。 这是一个累积的成果, 把之前的努力集合起来, 再加上一些程式码, 就是 c++ 标准程式 库了。成果在这里: https://github.com/descent/simple_stdcpplib ( https://goo.gl/K5Khpe ) 目前支援 3 个平台, p103 模拟器, stm32f4discovery board, raspberry pi2 (无法藉 由 uart 输入), 所以也提供了 3 个 linker script。 要移植这个 library 有两部份: 输出/输入 - 在这三个平台都是 uart c runtime - 如何从组合语言切换到 c/c++ c runtime 每个硬体平台都不同, 这便是从组合语言到 c 这段所需要最辛苦的过程, 从 这里开始就可以摆脱组合语言, 用 c 了。当然如果你喜欢用组合语言来开发程式, 就没 有这个需求。 在 p103/stm32f407 要做: bss init data section init rpi2 要做： bss init stack register 的设定 x86 要做: bss init stack register 的设定 使用保护模式的 Flat memory model 还要把 %ss, %ds, %cs 设到同一个 selector c runtime 除了和硬体相关之外还可能和你使用的 c compiler 有相关性, 我只有研究 gcc 这个 c compiler。 而 c++ runtime 则是 c runtime 做的事情, c++ 都要做, 而 c++ 有很多特性, 有些要 在 c++ runtime 支援, ex: global object static object rtti exception handle Pure virtual functions http://wiki.osdev.org/C%2b%2b#Pure_virtual_functions 未知 目前只支援 global object, 本来不想做的, 因为觉得过於麻烦 (这个可得从 linker script 开始着手) 也怕整个 code 太大, 不过 cout 是 global object, 就做吧! 反正 c++ 就是大。 feature list: c runtime c++ runtime global object ctor/dtor exception handle (implement by setjmp/longjmp) printf (support float) malloc/free new/delete vector string map list 想试试的朋友可以从 stm32 p103 模拟器开始: https://github.com/beckus/qemu_stm32.git ( https://goo.gl/5Sqynm ) 编译出支援的模拟器之後, 再编译本 library, 会有一个 mymain.bin, 执行 typescript L2 的 command, ctrl-A+X 离开 qemu。 typescript 1 Script started on Tue 12 Jan 2016 09:38:47 AM CST 2 descent@debian64: ~/git/qemu_stm32/arm-softmmu/qemu-system-arm -M stm32-p103 -kernel mymain.bin -nographic 3 4 (process:25512): GLib-WARNING **: /build/glib2.0-VKSJTv/glib2.0-2.46.1/./glib/gmem.c:482: custom memory allocation vtable not supported 5 STM32_UART: UART1 clock is set to 0 Hz. 6 STM32_UART: UART1 BRR set to 0. 7 STM32_UART: UART1 Baud is set to 0 bits per sec. 8 STM32_UART: UART2 clock is set to 0 Hz. 9 STM32_UART: UART2 BRR set to 0. 10 STM32_UART: UART2 Baud is set to 0 bits per sec. 11 STM32_UART: UART3 clock is set to 0 Hz. 12 STM32_UART: UART3 BRR set to 0. 13 STM32_UART: UART3 Baud is set to 0 bits per sec. 14 STM32_UART: UART4 clock is set to 0 Hz. 15 STM32_UART: UART4 BRR set to 0. 16 STM32_UART: UART4 Baud is set to 0 bits per sec. 17 STM32_UART: UART5 clock is set to 0 Hz. 18 STM32_UART: UART5 BRR set to 0. 19 STM32_UART: UART5 Baud is set to 0 bits per sec. 20 STM32_UART: UART5 clock is set to 0 Hz. 21 STM32_UART: UART5 BRR set to 0. 22 STM32_UART: UART5 Baud is set to 0 bits per sec. 23 STM32_UART: UART4 clock is set to 0 Hz. 24 STM32_UART: UART4 BRR set to 0. 25 STM32_UART: UART4 Baud is set to 0 bits per sec. 26 STM32_UART: UART3 clock is set to 0 Hz. 27 STM32_UART: UART3 BRR set to 0. 28 STM32_UART: UART3 Baud is set to 0 bits per sec. 29 STM32_UART: UART2 clock is set to 0 Hz. 30 STM32_UART: UART2 BRR set to 0. 31 STM32_UART: UART2 Baud is set to 0 bits per sec. 32 STM32_UART: UART1 clock is set to 0 Hz. 33 STM32_UART: UART1 BRR set to 0. 34 STM32_UART: UART1 Baud is set to 0 bits per sec. 35 LED Off 36 CLKTREE: HSI Output Change (SrcClk:None InFreq:8000000 OutFreq:8000000 Mul:1 Div:1 Enabled:1) 37 CLKTREE: HSI/2 Output Change (SrcClk:HSI InFreq:8000000 OutFreq:4000000 Mul:1 Div:2 Enabled:1) 38 CLKTREE: SYSCLK Output Change (SrcClk:HSI InFreq:8000000 OutFreq:8000000 Mul:1 Div:1 Enabled:1) 39 CLKTREE: HCLK Output Change (SrcClk:SYSCLK InFreq:8000000 OutFreq:8000000 Mul:1 Div:1 Enabled:1) 40 STM32_RCC: Cortex SYSTICK frequency set to 8000000 Hz (scale set to 125). 41 STM32_RCC: Cortex SYSTICK ext ref frequency set to 1000000 Hz (scale set to 1000). 42 CLKTREE: PCLK1 Output Change (SrcClk:HCLK InFreq:8000000 OutFreq:8000000 Mul:1 Div:1 Enabled:1) 43 CLKTREE: PCLK2 Output Change (SrcClk:HCLK InFreq:8000000 OutFreq:8000000 Mul:1 Div:1 Enabled:1) 44 CLKTREE: GPIOA Output Change (SrcClk:PCLK2 InFreq:8000000 OutFreq:8000000 Mul:1 Div:1 Enabled:1) 45 CLKTREE: AFIO Output Change (SrcClk:PCLK2 InFreq:8000000 OutFreq:8000000 Mul:1 Div:1 Enabled:1) 46 CLKTREE: UART2 Output Change (SrcClk:PCLK1 InFreq:8000000 OutFreq:8000000 Mul:1 Div:1 Enabled:1) 47 STM32_UART: UART2 clock is set to 8000000 Hz. 48 STM32_UART: UART2 BRR set to 0. 49 STM32_UART: UART2 Baud is set to 0 bits per sec. 50 STM32_UART: UART2 clock is set to 8000000 Hz. 51 STM32_UART: UART2 BRR set to 833. 52 STM32_UART: UART2 Baud is set to 9603 bits per sec. 53 i am cout ctor: 0 54 ---------------- 55 free_index: 0 56 57 0 0 0 0 0 0 0 0 58 0 0 0 0 0 0 0 0 59 0 0 0 0 0 0 0 0 60 0 0 0 0 0 0 0 0 61 0 0 0 0 0 0 0 0 62 0 0 0 0 0 0 0 0 63 0 0 0 0 0 0 0 0 64 0 0 0 0 0 0 0 0 65 ================ 66 fill ctor data: obj_count: 1, arg:537002040 67 i am cout ctor: 1 68 ---------------- 69 free_index: 0 70 71 0 0 0 0 0 0 0 0 72 0 0 0 0 0 0 0 0 73 0 0 0 0 0 0 0 0 74 0 0 0 0 0 0 0 0 75 0 0 0 0 0 0 0 0 76 0 0 0 0 0 0 0 0 77 0 0 0 0 0 0 0 0 78 0 0 0 0 0 0 0 0 79 ================ 80 fill ctor data: obj_count: 2, arg:537002048 81 i am cout ctor: 2 82 ---------------- 83 free_index: 0 84 85 0 0 0 0 0 0 0 0 86 0 0 0 0 0 0 0 0 87 0 0 0 0 0 0 0 0 88 0 0 0 0 0 0 0 0 89 0 0 0 0 0 0 0 0 90 0 0 0 0 0 0 0 0 91 0 0 0 0 0 0 0 0 92 0 0 0 0 0 0 0 0 93 ================ 94 fill ctor data: obj_count: 3, arg:537002056 95 vector ctor 96 abc 97 xyz 98 123 99 abcdefghijk!@#$%^&*() 100 test vec iterator 101 abc 102 xyz 103 123 104 abcdefghijk!@#$%^&*() 105 vector dtor 106 vector ctor 107 map ctor 108 (111,99) 109 (abc,51) 110 (abcdefghqq,151) 111 (zxcv,5) 112 map dtor 113 vector dtor 114 i: 0 115 i: 1 116 i: 2 117 i: 3 118 i: 4 119 i: 5 120 i: 6 121 i: 7 122 i: 8 123 i: 9 124 i: 10 125 i: 11 126 i: 12 127 i: 13 128 i: 14 129 i: 15 130 i: 16 131 i: 17 132 i: 18 133 i: 19 134 i: 20 135 i: 21 136 i: 22 137 i: 23 138 i: 24 139 i: 25 140 i: 26 141 i: 27 142 i: 28 143 i: 29 144 i: 30 145 i: 31 146 i: 32 147 i: 33 148 i: 34 149 i: 35 150 i: 36 151 i: 37 152 i: 38 153 i: 39 154 i: 40 155 i: 41 156 i: 42 157 i: 43 158 i: 44 159 i: 45 160 i: 46 161 i: 47 162 i: 48 163 i: 49 164 i: 50 165 i: 51 166 i: 52 167 i: 53 168 i: 54 169 i: 55 170 i: 56 171 i: 57 172 i: 58 173 i: 59 174 i: 60 175 i: 61 176 i: 62 177 i: 63 178 no mem 179 i am cout dtor: 0 180 i am cout dtor: 1 181 i am cout dtor: 2 182 QEMU: Terminated 183 ]0;descent@debian64: /media/work/git/jserv-course/simple_stdcpplib descent@debian64:simple_stdcpplib$ exit 184 185 Script done on Tue 12 Jan 2016 09:38:55 AM CST mymain.cpp 是一个 bare-metal 程式, 已经和在 os 下的 c++ 程式没什麽分别了。测试 了 vector, map, exception handle, 我的记忆体分配区块只有 64 块, 所以 i 在分配 到 63 之後, 就没有足够的记忆体了, 会引发 exception 然後跑到 L178 的 no mem, 这 就是不用每次去 new 记忆体时都要检查是不是有正确要到记忆体的秘密, 在一般 pc 的 环境下, 你可能根本没看过 new 要不到记忆体的情形吧! 而也是因为有了 malloc/free 加上 exception handle 才能实作出 new/delete, c++ 的 ctor/dtor 非常的厉害, 你也可以说他很邪恶, new/delete 又插了一些程式码来唤起需 要的 ctor, 反正都要呼叫的, 让 c++ compiler 来帮我们一把不是坏事。 在 new 里头的 malloc 要不到记忆体的时候只要丢出一个 exception 就可以了, 不用繁 复的去检查是不是有要到记忆体, 以前都没想到 new 这样的设计竟然是这麽的精细, 对 於记忆体的配置可以省下好大一番功夫, 重点是, 这并不需要付出很大的代价, 用 c 作 一样的事情, 一样要写这些程式码。 mymain.cpp 1 #include "myiostream.h" 2 #include "myvec.h" 3 #include "mymap.h" 4 #include "mystring.h" 5 6 using namespace DS; 7 8 int mymain() 9 { 10 int i=0; 11 12 { 13 vector<string> vec; 14 15 vec.push_back("abc"); 16 vec.push_back("xyz"); 17 vec.push_back("123"); 18 vec.push_back("abcdefghijk!@#$%^&*()"); 19 20 for (i=0 ; i < vec.size() ; ++i) 21 cout << vec[i] << endl; 22 cout << "test vec iterator" << endl; 23 for (auto it=vec.begin() ; it!=vec.end() ; ++it) 24 cout << *it << endl; 25 } 26 27 { 28 map<string, int> str_map; 29 30 str_map.insert({"zxcv", 5}); 31 str_map.insert({"abc", 51}); 32 str_map.insert({"abcdefghqq", 151}); 33 str_map.insert({"111", 99}); 34 35 for (auto it=str_map.begin() ; it!=str_map.end() ; ++it) 36 cout << "(" << it->k_ << "," << it->v_ << ")" << endl; 37 38 } 39 40 for (i=0 ; i < 100 ; ++i) 41 { 42 char *c = new char; 43 cout << "i: " << i << endl; 44 } 45 cout << "abc" << endl; 46 } 我没有实作所有的 function, 只有实作我需要用到的部份, 而为了区分这是作业系统等 级的程式码, 我用了 mymain 当 c++ 程式进入点, 而不是用 main; namespace 也不是 std 而是 DS。美中不足的是 initializer_list 我看不懂, 直接抄 newlib 的程式码, 这样在使用 map 的时候才可以用 {}, 不用 value_type 这麽恐怖的语法。 printf 算是比较难的 function, cout 容易多了, 而支援 float 的输出也很有成就感, 慢慢学习基本中的基本, 感觉很紮实, 不沈沦於 it 世界中更新快速的技术, 一步一步慢 慢爬, 不急着囫囵吞枣。 gdeque 很类似 std::deque, 不过我这个是不会自己长大的 deque, 有大小限制的, 因为 我写的时候还没有实作 malloc, 所以只用固定大小, 也没什麽不好, 就没改了。 vector 还算简单, 不过 capacity(), max_size(), size() 这些东西你平常有注意到吗 ? iterator 的实作也不算太难, 有了 iterator 真的是好用不少。 list 也算是简单的, iterator 也不算太难, 可以凭自己的想法搞定。 map 是其中最难的部份, 我当然不是以红黑树实作, 而是用很一般的 binary search tree, tree 这个资料结构本身就不容易, 而其 iterator 的实作实在太难了, 我没有实 作出标准程式库的版本。你认为 map::iterator++ 後要跑到哪一个呢? 标准程式库有定 义, 是 inorder 的那个顺序, 刚好是由小到大的那个次序。网路上有人用了另外的方法 实作, 而不是用 tree, iterator 就简单多了。 比较麻烦的是还要提供 template 的版本, 语法看起来就很吓人, 不熟 template 语法, 正好顺道练习。 string 则不是 template 的版本, 而只是很单纯的 char * 包装而已。 目前用到组合语言的部份有: rpi2 start.s setjmp/longjmp (my_setjmp.S) 比想像中的少吧! 能尽量用 c++ 可以完成的我就尽量用 c++, 我并不熟悉组合语言, 还 是别自找苦吃, 而且用 c++ 可携性比较好, 之前 x86 c++ runtime 我用组合语言写, 移 植到 arm 就自己找麻烦了, 现在的版本移植回 x86 就简单多了。 也许在 c 设计为主的 os 不需要这样的介面, 不过长期使用 c++ 的我已经习惯这些用法 , 我想把这些东西带到以 c++ 完成的 os kernel (目前尚未完成, 我才刚建好目录而已) 。 本着对 c++ 的热爱, 写了这个 c++ 标准程式库, 也用了部份 c++11 的语法。有机会的 话应该要移植到 x86 上, 让 simple os 也可以使用。这个 library 只支援 c++, 虽然 有 printf 之类的 c 标准程式库 function, 不过都已经是 c++ 了, 无法用 c compiler, 我没打算支援 c compiler。 如果 c++ 标准程式库是工业等级的程式码, 那我这个 simple c++ 标准程式库就是玩具 等级的程式码, 虽说只是玩具等级, 但也付出不少功夫才完成的。 能掌握所有的程式码真的很有满足感, 没有黑箱, 了解所有程式的来龙去脉, 真的舒服痛 快。 // 本文使用 Blog2BBS 自动将Blog文章转成缩址的BBS纯文字 http://goo.gl/TZ4E17 // blog 版本 http://descent-incoming.blogspot.tw/2016/01/for-stm32f4discovery-12-c.html -- 纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。 --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 118.150.231.195 ※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/C_and_CPP/M.1454856674.A.455.html ※ 编辑: descent (118.150.231.195), 02/07/2016 22:51:38