使用虚方法表在C中动态调度

Question

我希望在C中实现动态调度的提示(最好通过一个很好的例子).

我正在学习C并且作为练习,我想使用动态调度虚拟方法表从Java转换为C.

例如我有一个java代码:

abstract class Foo {
    public abstract int val(); 
    public abstract Boolean error();
}

class Fail extends Foo {
    public int val(){ return 0;}
    public Boolean error(){return true;}
}

class IntFoo extends Foo {
    int v;
    public IntFoo(int value){this.value=v;}
    public int val(){ return v;}
    public Boolean error(){return False;}
}

我可以翻译一些像这样的基本内容:

typedef struct Foo{
    void(**vtable);
}Foo;

typedef struct Fail{
    void(**vtable);
    struct Foo inherited;
}Fail;

typedef struct IntFoo{
    void(**vtable);
    struct Foo inherited;
}IntFoo;

我在试图完成这个时遇到困难,因为我不知道:

1. 如何在c中定义这些方法.
2. 设置这些方法的地址,vtable以便编译器识别正确的调用方法.
3. 还有什么可以让它发挥作用.

Answer 1

没有简单的方法可以做到这一点.不过,您可以手动执行C++编译器正在执行的操作.在您的情况下,这将看起来像:

typedef struct vtable_Fail
{
    int  (*val)(struct Fail *this_pointer);
    bool (*error)(struct Fail *this_pointer);
} vtable_Fail;

typedef struct vtable_IntFoo
{
    int  (*val)(struct IntFoo *this_pointer);
    bool (*error)(struct IntFoo *this_pointer);
} vtable_IntFoo;

int Fail_val(struct Fail *this_pointer)
{
    return 0;
}

...

void IntFoo_ctor(struct IntFoo *this_pointer, int value)
{
     this_pointer->v = value;
}

int IntFoo_val(struct IntFoo *this_pointer)
{
    return this_pointer->v;
}

...

struct Fail
{
    vtable_Fail *vtable;
};

struct IntFoo
{
    vtable_IntFoo *vtable;
    int v;
};

我们的想法是每个结构都应该有一个伴随的vtable结构,它存储指向该结构实现的所有虚方法的指针.Vtable结构每个只有一个实例.它们应该驻留在静态内存中,它们应该包含指向函数的指针.这些指针应该以每个特定结构所需的方式实现虚方法.结构本身可以有很多实例.实例中的Vtable数据文件应指向其类的静态vtable结构.

参数this_pointer传递实例的地址.它应该手动传递.这是一天结束时的C.

请注意,您需要分配vtable结构,init vtable指针等.您需要使用自己的代码手动完成所有这些操作.

Answer 2

我推荐的方法是查看其他一些使用调度表的 C 代码并了解其结构。我立即想到的具体示例（也许不是最好的教学示例，因为它们只是我开发过的随机自由软件）是 MIT Kerberos 和 Heimdal，它们都使用调度表地点和 Apache Web 服务器以及它如何处理动态加载的模块。这些都没有继承，但添加继承相对简单：您查看尝试调用的方法是否为 NULL，如果是，则检查该方法的父调度表。

一般来说，如何在 C 中处理调度表的简短版本是定义一个类似于 C++ vtable 的数据结构，它保存函数指针和某种确定要使用哪个指针的方法。就像是：

typedef void (*dispatch_func)(void *);
struct dispatch {
    const char *command;
    dispatch_func callback;
};

是超通用版本，它将字符串方法名称映射到采用单个匿名指针作为参数的函数。您的实际调度表将是这些的数组，如下所示（取自 INN 源中的tinyleaf 的修改示例）：

const struct dispatch commands[] = {
    { "help",  command_help },
    { "ihave", command_ihave },
    { "quit",  command_quit }
};

显然，您对函数了解得越多，原型就越具体，并且可以将其他选择标准（例如参数数量）嵌入到调度表中。（实际的 INN 源具有最小和最大参数计数，传入参数结构而不仅仅是 void *，并在调度表中包含命令描述。）

搜索调度表的基本代码非常简单。假设您有一个由这些调度结构条目组成的数组vtable以及表的长度length，如下所示：

for (i = 0; i < length; i++)
    if (strcmp(command, vtable[i].command) == 0) {
        (*vtable[i].callback)(data);
        return;
    }

要实现继承，您需要父指针，如果您脱离循环末尾，则向上移动到父指针并重复逻辑。（显然，这对于递归函数来说可能是一个有用的地方。）