您身边的App定制专业企业--10年开发经验为您护航

18678812288
0531-88887250

如何写一个c++插件化系统

文章编辑:2138com太阳集团 时间:2016年12月20日

1.为什么需要插件化系统

  “编程就是构建一个一个自己的小积木, 然后用自己的小积木搭建大系统”。

 

  但是程序还是会比积木要复杂, 大家的系统必须要保证小积木能搭建出大的系统(必须能被组合),有必须能使各个积木之间的耦合降低到最小。

 

  传统的程序结构中也是有模块的划分,但是主要有如下几个缺点:

 

    a: c++二进制兼容

 

    b: 模块对外暴露的东西过多,使调用者要关心的东西过多

 

    c: 封装的模块只是作为功能的实现者封装,而不是接口的提供者

 

    d: 可替换性和可扩展性差

 

  而插件式的系统架构就是为了解决这样的问题。插件化设计的优点?插件化设计就是为了解决这些问题的,所以以上的缺点就是咱的优点

 

2.插件话系统的原理

  引导性原则:“面向接口编程而不是实现编程”

  其接口的定义为interface, 其实转换一下的意思是面向纯虚类编程,当然也可以包装成面向服务和组件编程。

  如我可以这样定义一个接口(interface)

 

1

2

3

4

5

interfacecptf IRole{

  virtual cptf ::ulong getHealth() = 0;

  virtual cptf ::ulong getHurt() = 0;

  virtual wstring getName() = 0;

};

  插件的目标就是实现IRole, 业务层的目标就是调用IRole, 业务层不知道IRole具体是如何实现的,而实现者也不用关心业务层是如何调用的。

 

3.插件化系统的目标

  1). 使用者能通过规范,开发自己的插件,实用已有的插件,插件又能控制对外暴露的内容。

  2). 运行时候能动态安装、启动、停在、卸载

  3). 每一个插件提供一个或多个服务,其他插件是根据接口来获取服务提供者

 

4. 一个插件化系统应该是怎么构成的

  OSGI,Java中影响力最大的插件化系统就是OSGI标准

  OSGI的定义:The dynamic module system for java

  借鉴osgi对插件系统的定义,我认为一个典型的插件系统应该有如下几个方面构成:

  “基础库+微内核+系统插件+应用插件”

  其中微内核 负责如下功能:

 

    1、 负责插件的加载,检测,初始化。

 

    2、 负责服务的注册。

 

    3、 负责服务的调用。

 

    4、 服务的管理。

 

5. 一个简单场景的随想

  比如设计下如下的游戏场景:一个RPG游戏, 玩家控制一个英雄,在场景中有不同的怪物,而且随着游戏的更新,

  英雄等级的提升又会有不同的怪物出现, 这里就想把怪物设计为插件。

  首先工程是这样的布局的

 

 

 

首先要在做的是定义接口, 这里我需要一个英雄的接口,有需要一个怪物的接口。

 

interfacecptf IHero : public cptf ::core:: IDispatch

                           , public IRole {

      virtual    cptf ::ulong attack() = 0;

};

 

interfacecptf IOgre : public cptf ::core:: IDispatch

                           , public IRole {

 

};

然后作为插件我需要实现一个Hero, 和多个Ogre

 

 

 

 

class Hero : public ServiceCoClass<Hero >

                , public ObjectRoot <SingleThreadModel>

                , public cptf ::core:: IDispatchImpl<IHero >{

 

class Wolf : public ServiceCoClass<Wolf >

                           , public ObjectRoot<SingleThreadModel >

                           , public cptf::core ::IDispatchImpl< IOgre>

 

class Tiger : public ServiceCoClass<Tiger >

                           , public ObjectRoot<SingleThreadModel >

                           , public cptf::core ::IDispatchImpl< IOgre> 

最后,在主工程用我要用到这些插件

 

复制代码

void BattleMannager ::run()

{

      hero_ = static_cast<IHero *>(serviceContainer_. getService(Hero_CSID , IHero_IID));

      if (!hero_ )return;

      printHero(hero_ );

 

      list<IService *> services = serviceContainer_ .getServices( IOgre_IID);

      list<IOgre *> ogres = CastUtils::parentsToChildren <IService, IOgre>(services );

      for_each(ogres .begin(), ogres.end (), bind(&BattleMannager ::printOgre, _1));

 

      services = serviceContainer_ .getServices( IHumanOgre_IID);

      list<IHumanOgre *> hummanOgres = CastUtils::parentsToChildren <IService, IHumanOgre>(services );

      for_each(hummanOgres .begin(), hummanOgres.end (), bind(&BattleMannager ::printHumanOgre, _1));

}

复制代码

  以上, 因为逻辑层和插件实现层都已经好了, 整个流程也已经跑通,但是还是的疑问:服务是怎么加载的?

 

6. 如何进行插件的加载以及服务的注册

    借鉴OSGI, 我这里把系统设计为bundle+service的组合。 bundle是service的容器,service是功能的具体实现者。

 

  在windows下,bundle用dll来表示。

 

    那bundle在windwos下加载就很简单了LoadLibrary Api就行了   

 

    但是再c++中dll的接口还必须要考虑的一个问题就是c++的二进制兼容性:现在没有标准的 C++ ABI。这意味着,不同编译器(甚至同一编译器的不同版本)会编译出不同的目标文件和库。这个问题导致的最显而易见的问题就是,不同编译器会使用不同的名称改写算法。这样对插件的接口来说是致命的。当然大家可以用c api来作为接口,但是这样势必会对整体的设计产生影响,而且作为一个装B的c++程序员,大家怎么能容忍要借用低级语言的特性来实现大家的功能呢。当然幸亏还有另外一种方式,那就是虚表。当然不是所有的c++编译器对虚表的实现也是不一样的(好吧~~),但是至少主流(多主流~~不能确定)的编译器虚表都是在对象的第一个位置。好吧,现在决定用虚表来对插件接口的实现了,所以大家就可以用这样的方式来计算具体实现类的地址了

 

#define  CPTF_PACKING 8

#define cptf_offsetofclass (base, derived) \

     (( cptf::ulong )(static_cast< base*>((derived *)CPTF_PACKING))- CPTF_PACKING)

   哇,好神奇的代码, 这个是为什么呢。 这个就需要对c++内存对象模型需要深入得了解了,可能需要拜读<c++内存对象模型>,这里篇幅有限这里就不说明了。但是如果有看官想要问“你为什么这么天才能想出这样的写法?”,虽然我很想说我很天才,但是其实正是情况是我参考的atl中的源码,而且整个插件加载过程我都是山寨了atl中的相关代码的。 

 

    但是还是有一个问题, 在GameMain中,认识的是IHero, 根本不知道有个Hero的实现,所有可能有这样的代码IHero* hero = New Hero() 这样动作。

那大家要如何进行这样的new动作。 当然大家说Hero是在Role dll中的, 在dll被加载的时候可以new Hero, 然后把hero对象的地址放到某个堆中,标志让GameMain使用。作为一个转换的伪设计人员, 我也是认为这样会有性能问题的, 我不仅要做到加载, 还要做到懒加载。

    那如何做到懒加载呢?

    感谢MicroSoft,在vc++中有机制帮大家做到,在其他的编译器中也会有其他的实现,但是这里大家只做了vc++中的实现。

    首先声明一个自己的段,段名可以叫cptf:

 

#pragma section ("CPTF$__a", read, shared )

#pragma section ("CPTF$__z", read, shared )

#pragma section ("CPTF$__m", read, shared )

  然后在编译的时候,把具体实现的类的Create函数地址放到这个段中

 

#define CPTF_OBJECT_ENTRY_AUTO (class) \

  __declspec(selectany ) AutoObjectEntry __objMap_##class = {class::clsid (), class:: creatorClass_::createInstance }; \

  extern "C" __declspec( allocate("CPTF$__m" )) __declspec(selectany ) AutoObjectEntry* const __pobjMap_ ##class = &__objMap_ ##class; \

  CPTF_OBJECT_ENTRY_PRAGMA(class )

 最后在加载的时候,变量这个段,如果csid命中,则调用Create方法

 

复制代码

inline bool cptfModuleGetClassObject( const CptfServiceEntities * cpfgModel

                                                     , const cptf::IID & csid

                                                     , const cptf::IID & iid

                                                     , void** rtnObj)

     {

            bool rtn (false);

            assert(cpfgModel );

            for (AutoObjectEntry ** entity = cpfgModel->autoObjMapFirst_

                ; entity != cpfgModel ->autoObjMapLast_; ++entity)

           {

                 AutoObjectEntry* obj = *entity;

                 if (obj == NULL) continue;

                 if (obj ->crateFunc != NULL && csid == obj-> iid){

                      rtn  = obj ->crateFunc( iid, rtnObj );

                      break;

                }

           }

 

            return rtn ;

     }

复制代码

  总结下流程:

    1. GameMian使用的是IHero, 

    2. Hero是IHero的实现者,在编译的规程中,把Create Hero的方法编译到固定段中

    3. GameMian进行new的时候其实调用的是Dll固定段中的函数地址

    4. 利用 上面的cptf_offsetofclass 宏实现对IHero的

 

7. 服务的管理

  每一个服务都需要一个id来标志它, 这里就用guid, 命名为IID---interface id

  每一个服务的实现者也必须要有id来标志, 这也是一个guid, 命名为csid

  大家把服务和服务实现者的管理信息用配置文件管理起来,services.xml, 对Hero的定义

 

复制代码

<service>

          <bundle>Role.dll</bundle>

          <csid>500851c0-7c2a-11e3-8c28-bc305bacf447</csid>

          <description>hero</description>

          <name>Hero</name>

          <serviceId>99f9dd8f-7c1a-11e3-9f9d-bc305bacf447</serviceId>

          <serviceName>IHero</serviceName>

 </service>

复制代码

  当然一个插件的管理器也是必须的, 管理Service的注册,缓存,析构、获取,查询等。这里用ServiceContainer实现

 

8. 基于插件的架构

    基于插件系统的架构:

 

     主要分三部分: 1. 使用其对象模型的主系统或主应用程序

                         2. 插件管理器

                         3. 插件

    所有的插件但是从IService, 是参考Com中IUnkown

interfacecptf IService{

            virtual    cptf ::ulong addRef() = 0;

            virtual cptf ::ulong release() = 0;

            virtual bool queryInterface( const cptf ::IID& iid, void**rntObj ) = 0;

     };

  其实插件的内核并不复杂,复杂的是对插件接口的定义和封装,如何根据不同的业务场景抽象出不同的interface。

 

9. 源代码

   本文不是很水的理论,所有的理论都是经过代码验证的。 

     本文涉及到的代码在我的github上,https://github.com/sld666666/cptf

     工程的目标是建立一个跨平台的c++插件开发框架, 现在的是一个能成功在vc++下运行demo的插件化framework

     用了boost和stl,如果要深入了解core中的代码,还需要对模板有了解, 水深请勿轻易尝试

     当然有的看官会对core中的代码非常熟悉,那可能你发现了, 我是山寨atl实现的

10. 今后改进的方向

     1. service如何释放, 还在考虑是用野指针还是智能指针还是垃圾回收机制

     2. 错误处理

     3. 跨平台和跨编译器


想要了解更多详情欢迎来电咨询18678812288
登陆网址:www.jnydkj.cn。
联系人:王经理。

XML 地图 | Sitemap 地图