在 AVR 的程序存储器中构建编译时任意长度数组

Question

我正在尝试找出一种聪明的方法来为 AVR 架构构建一个复合编译时数组。数组的结构应该如下：

• 它应该完全驻留在程序内存中；
• 它由一系列连续的（无符号）字节组成，又名uint8_t；
• 它应该使用任意长度的字节段来构建；
• 一个段依次由一个长度字节和一系列数据字节组成，其中长度字节为数据字节数。

这是一个这样的数组的例子：

static const uint8_t data[] PROGMEM = {
    1, 0x01,
    3, 0xBE, 0x02, 0x00,
    3, 0x3D, 0x33, 0x33,
    15, 0xE1, 0xD0, 0x00, 0x05, 0x0D, 0x0C, 0x06, 0x2D, 0x44, 0x40, 0x0E, 0x1C, 0x18, 0x16, 0x19,
    0 /* end of the sequence */
};

我想避免每次在序列中添加或删除字节时调整长度字节的负担，例如，以某种形式的伪代码：

BEGINNING_OF_THE_SEQUENCE(identifier)
    SEGMENT(0x01),
    SEGMENT(0xBE, 0x02, 0x00),
    ...
END_OF_THE_SEQUENCE()

在上面的示例中，我选择了显式字节数组声明，但它可以以任何方式构建，例如使用结构。唯一的前提是必须保证出现的顺序。

所以简而言之，我想“连接”一系列字节，其长度必须在编译时计算并放在每个字节系列的前面作为系列本身的长度字节。

我考虑过使用variadic macros，但我也想研究其他方法，例如类和函数模板、元编程等，考虑到最小的代码。我也不想诉诸 C++11 的具体细节，因为目前我正在使用的 avr-gcc 编译器的支持是有限的。

我有一种预感，可以使用模板，但我被卡住了。有什么想法吗？

Answer 1

以下是 C++11 及更高版本的简单示例，可能会有所帮助：

template <typename ...Args>
constexpr std::size_t n_args(Args...) { return sizeof...(Args); }

#define ELEM(...) n_args(__VA_ARGS__), __VA_ARGS__

#include <iostream>

int main()
{
    unsigned int a[] = { ELEM(4, 9, 16),
                         ELEM(100),
                         ELEM(10, 20, 30, 40, 50),
    };

    for (auto n : a ) std::cout << n << " ";
    std::cout << '\n';
}

或者，如果您想要 C99 解决方案而不是 C++11 解决方案，您可以使用复合字符数组文字 sizeof 代替 n_args：

#define ELEM(...) sizeof((char[]){__VA_ARGS__}), __VA_ARGS__

我不知道有一种类似的简单方法可以在 C++03 中使用。

Answer 2

这是一种方法：

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#define PROGMEM
#define _ARGSIZE(...) sizeof((uint8_t[]){__VA_ARGS__})/sizeof(uint8_t)
#define _SEGMENT(...)  _ARGSIZE( __VA_ARGS__ ), __VA_ARGS__
#define BEGINNING_OF_THE_SEQUENCE(__id)   uint8_t static const __id[] PROGMEM =  {
#define END_OF_THE_SEQUENCE() }

BEGINNING_OF_THE_SEQUENCE(data)
    _SEGMENT(0x01),
    _SEGMENT(0xBE, 0x02, 0x00),
    _SEGMENT(0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF)
END_OF_THE_SEQUENCE();

int main() {
    int k, counter = data[0];
    for (k = 0; k < sizeof(data); k++) {
        fprintf(stderr, "%02x ", data[k]);
        if(counter-- == 0) {
            counter = data[1+k];
            fprintf(stderr, "\n");
        }
    }
}

这种方法与 C99 兼容。

上面的宏可以修改，以处理传递的任何类型的数据结构，而不是 uint8_t（包括结构中的 :P 结构）

Answer 3

无宏 C++11 方法 (v2)：

#include <array>
#include <iostream>
#include <cstddef>
#include <cstdint>

//  This template will be instantiated repeatedly with VItems list
//  populated with new items.
template<typename TItem,  TItem... VItems> class
t_PackImpl
{
    //  This template will be selected for second and all other blocks.
    public: template<TItem... VInnerItems> using
    t_Pack = t_PackImpl
    <
        TItem
    //  add all previous items
    ,   VItems...
    //  add item holding amount of items in new block
    ,   TItem{static_cast<TItem>(sizeof...(VInnerItems))}
    //  add new block items
    ,   VInnerItems...
    >;

    //  This method will be called on the last instantiated
    //  template with VItems containing all the items.
    //  Returns array containing all the items with extra 0 item at the end.
    public: static constexpr auto
    to_array(void) -> ::std::array<TItem, sizeof...(VItems) + ::std::size_t{1}>
    {
        return {VItems..., TItem{}};
    }
};

//  This template will be instantiated just once.
//  Starts t_PackImpl instantiation chain.
template<typename TItem> class
t_BeginPack
{
    //  This template will be selected for first block.
    public: template<TItem... VInnerItems> using
    t_Pack = t_PackImpl
    <
        TItem
    //  add item holding amount of items in new block
    ,   TItem{static_cast<TItem>(sizeof...(VInnerItems))}
    //  add new block items
    ,   VInnerItems...
    >;
};

int main()
{
    {
        constexpr auto items
        {
            t_BeginPack<::std::uint8_t>::t_Pack<42>::to_array()
        };
        for(auto const & item: items)
        {
            ::std::cout << static_cast<::std::uint32_t>(item) << ::std::endl;
        }
    }
    ::std::cout << "----------------" << ::std::endl;
    {
        constexpr auto items
        {
            t_BeginPack<::std::uint8_t>::t_Pack<0, 1, 2>::to_array()
        };
        for(auto const & item: items)
        {
            ::std::cout << static_cast<::std::uint32_t>(item) << ::std::endl;
        }
    }
    ::std::cout << "----------------" << ::std::endl;
    {
        constexpr auto items
        {
            t_BeginPack<::std::uint8_t>::
                t_Pack<0, 1, 2>::
                t_Pack<0, 1>::
                t_Pack<0, 1, 2, 3, 4, 5>::to_array()
        };
        for(auto const & item: items)
        {
            ::std::cout << static_cast<::std::uint32_t>(item) << ::std::endl;
        }
    }
    return(0);
}

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