用于嵌入式系统的 C++ 数据容器

Question

我使用嵌入式系统。通常这意味着我有一个小型微控制器，具有 64 - 512 KB 的 RAM 和 128 - 1024 KB 的闪存，如 STM32。我更喜欢使用 C++ 来编写这样的系统。但是我还没有找到可以接受的方法来处理常见的数据结构，例如堆栈、队列、映射等。

当然，STL 拥有所有这些和许多其他方便的东西，但是大多数 STL 容器需要支持异常和动态内存分配，这在嵌入式编程中通常是不受欢迎的。

我知道我们可以通过使用自定义分配器来避免这个问题，我们可以从静态对象池或类似的东西中分配内存。但是，我看到的主要问题是，当分配的空间不足以将新元素插入容器时，我们无法可靠地处理这种情况。我遇到的 STL 和其他类似 stl 的库只提出了两种选择：

• 断言。这意味着当分配的空间不足时系统会失败。

• 回调。好一点，但对我来说仍然不方便。

  q.push(newElem); /* fails or just calls predefined callback
                    * when not enough space in queue.
                    */
  

也许我错了。但在我看来，最好的方法是返回状态以通知调用者容器中的新元素没有足够的内存。我想自己决定如何处理该错误。例如，我想删除新元素，向调试日志发送消息并恢复正常的程序流程。从我的角度来看，它看起来更可靠。

换句话说，我想要这样的东西：

queue<uint32_t, 128> q;
// some code ... 
queue::status sts = q.push(newElem);
if (sts != queue::OK)
    LOG("Not enough space in queue\r\n");

// continue normal program execution ...

有人建议如何处理那件事？

Answer 1

您可以使用自定义分配器，在空间不足时抛出 std::bad_alloc，然后在您的代码中将依赖于插入成功的部分包装在异常处理块中，并在 catch 子句中处理分配失败.

std::queue <message> Queue;

try
{
  Queue.insert (message {"hello world"});
}
catch (std::bad_alloc const & Error)
{
  LOG (Error.what ());
}

对于简单的场景，这有点冗长，小心（使用 RAII）它可以成为一个强大的工具。此外，如果您分配了这些简单的场景，您可以在模板中隐藏此模式。

template <typename fn>
void log_failure_and_contiue (fn Fn)
{
    try
    {
      Fn ();
    }
    catch (std::bad_alloc const & Error)
    {
      LOG (Error.what ());
    }
}

std::queue <message> Queue;

log_failure_and_continue ([&] {
  Queue.insert ({ "Hello World!" });
});

从性能的角度来看，大多数编译器都实现了零成本的异常处理，因此只有在抛出异常时才会受到影响，我认为在这种情况下应该很少见。