为堆中的对象保留内存而不在 Arduino 上调用其构造函数

Question

我正在开发一个 arduino 项目，这是相关的，因为 arduino 本身不支持 STL，也不支持动态分配。我注意到我正在编写的很多类在构造上没有任何作用，但是有一个 .init() 方法可以实际初始化任何资源。这是因为这样可以在全局范围内初始化类，然后当 setup 函数运行时，实际的初始化发生在调用 .init() 时。

例如：

const portn_t en=A5, rs=A4, d4=A0, d5=A1, d6=A2, d7=A3;
// making room for that object in the global scope
// this way it can be both used in ``setup()`` and ``loop()``
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

void setup() {
  lcd.begin(16, 2);  // Doing the actual initialization
}

void loop() {
  lcd.clear();
  lcd.write("Hello world!");
  delay(500);
}

这适用于使用init 或begin 方法设计的类。这种设计模式在大多数 Arduino 库中很常见，但对于没有实现它的类，我目前正在使用它作为解决方法：

Button& get_btn_up() {
  // The Button class actually does initialization at construcion
  static Button bt(2, true);
  return bt;
}

Button& get_btn_enter() {
  static Button bt(3, true);
  return bt;
}

Button& get_btn_down() {
  static Button bt(4, true);
  return bt;
}

void setup() {
  // Initializes all the ``Button`` objects
  get_btn_up();
  get_btn_enter();
  get_btn_down();
}

void loop() {
  auto up = get_btn_up();
  if (up.just_pressed()) {
    ...
  }
  ...
}

我不认为这是一个最佳解决方案，因为有很多样板只是为了实现可以用new 和一些独特的指针来完成的事情。 因此，我尝试创建一个DelayedInit 容器类，它将在联合中保存对象所需的内存并处理其生命周期

template<typename T>
union MemoryOf {
  uint8_t memory [sizeof(T)];
  T obj;
};

template<typename T>
struct DelayedInit {
private:
  MemoryOf<T> memory{.memory={ 0 }};
  bool is_set = false;
public:
  T& get() const {
    memory.obj;
  }
  DelayedInit() {}
  ~DelayedInit() {
    if (is_set)
      get().~T();
  }
  T* operator->() const {
    return &get();
  }
  T& operator*() {
    is_set = true;
    return get();
  }
  const T& operator*() const {
    return get();
  }
  explicit operator bool() const {
    return is_set;
  }
};

这个实现当时被破坏了，因为每当我尝试调用盒装类的任何方法时，它都会锁定 arduino。以下是它应该如何使用

DelayedInit<Button> up, enter, down;

void setup() {
  *up = Button(2, true);
  *enter= Button(3, true);
  *down = Button(4, true);
}

void loop() {
  if (up->just_pressed()) {  // Locks up the arduino
    ...
  }
  ...
}

我猜代码中存在一些我不知道的内存管理错误。 DelayedInit 实现中存在哪些错误？有没有更好的方法来解决这个问题？

Answer 1

这是我最终得到的解决方案。 .init 模拟了 arduino 库中大多数类使用的模式，而实际上并未将 init 逻辑拆分为两种方法。肯定有改进的余地，但这适用于全局变量。

#pragma once
#include <new>
template<typename T>
union MemoryOf {
  uint8_t memory [sizeof(T)];
  T obj;
  MemoryOf() : memory{ 0 } {};
  ~MemoryOf() {};
};

// Only tested with global variables
// so there might be bugs in the cleanup bits
template<typename T>
struct DelayedInit {
private:
  MemoryOf<T> memory;
  bool is_set = false;
public:
  const T& get() const {
    return memory.obj;
  }
  T& get() {
    return memory.obj;
  }
  void remove() {
    get().~T();
  }
  DelayedInit() {};
  ~DelayedInit() {
    if (is_set)
      remove();
  }
  template<typename ...Args>
  inline void init(Args ...args) {
    if (is_set) {
      remove();
    }
    new (&memory.memory) T(args...); // == &memory.obj
    is_set = true;
  }
  T* operator->() {
    return &get();
  }
  const T* operator->() const {
    return &get();
  }
  T& operator*() {
    return get();
  }
  const T& operator*() const {
    return get();
  }
  explicit operator bool() const {
    return is_set;
  }
};

用法：

#include "delayed_init.hpp"

DelayedInit<Button> up, enter, down;

void setup() {
  up.init(2, true);
  enter.init(3, true);
  down.init(4, true);
}

void loop() {
  if (up->just_pressed()) {
    ...
  }
  ...
}

感谢EOF 建议使用放置new！