C++

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Allgemeines
Name: C++
Inlineassembler: Ja
Compiler: g++, icc
Spracheneigenschaften
Plattformen: Alle
Beispielkernel in der Sprache: C++-Kernel mit GRUB
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The C++ Standards Committee

C++ wurde 1983 von Bjarne Stroustrup veröffentlicht, um C mit Sprachmitteln der objektorientierten Programmierung zu erweitern. Da C++ somit eine Weiterentwicklung von C ist, sollte man sich auch den Wikiartikel über C zu Gemüte führen.

Überblick

Die meisten C++ Features sind ohne zusätzlichen Aufwand sofort verfügbar. Nur für die folgenden Features werden Hilfsfunktionen benötigt, welche der C++ Compiler von Haus aus nicht zur Verfügung stellt:

Da jeder Compilerhersteller eine eigene ABI (= Application Binary Interface) zur Verfügung stellt, sind auch die Funktionsnamen sowie auch der Funktionsumfang, von Compiler zu Compiler verschieden.

Startup-Code

Dieser Code wird ausgeführt, bevor die main-Funktion des Programmes/Kernels aufgerufen wird und muss zumindest die Kommandozeilenargumente, mit denen das Programm aufgerufen wurde, an die main-Funktion weiterreichen.

rein virtuelle Funktionen

Wenn eine Klasse eine rein virtuelle Funktion nicht implementiert hat und diese Funktion aufgerufen wird, wird zur Fehlerbehandlung eine Hilfsfunktion aufgerufen, welche im Normalfall das Programm beendet.

g++

// Lizenz: public domain

extern "C" void __cxa_pure_virtual()
{
  // Fehlermeldung anzeigen
  // Programm/Kernel beenden
}

globale/statische Objekte

Da diese vor dem Eintritt in die main-Funktion initialisiert sein sollen, müssen auch Konstruktoren und Destruktoren aufgerufen werden.

g++

Die Konstruktion der globalen/statischen Objekte ist unter g++ immer gleich. Nur die Destruktion der Selben hängt von der Verwendung des configure-flags --enable-__cxa_atexit und vom Kommandozeilenparameter -fuse-cxa-atexit / -fno-use-cxa-atexit ab.

Konstruktoren

G++ erstellt eine "ctors*" Sektion, welche ein Array aus Funktionszeigern ist. Diese Funktionszeiger zeigen jeweils auf einen Konstruktor. Man muss nun nur dieses Array durchgehen und alle Funktionen aufrufen und schon hat man alle globalen/statischen Objekte initialisiert.

In neueren Version von GCC wurde die Sektion .ctors* in .init_array umbenannt und muss gegebenenfalls im Linkerscript geändert werden. 

// Lizenz: public domain

typedef void (*constructor)();

// Im Linkerskript definiert
extern "C" constructor start_ctors;
extern "C" constructor end_ctors;

extern "C" void initialiseConstructors();

// Ruft die Konstruktoren für globale/statische Objekte auf
void initialiseConstructors()
{
  for (constructor* i = &start_ctors;i != &end_ctors;++i)
    (*i)();
}

Diese Funktion muss explizit aufgerufen werden bevor globale/statische Objekte verwendet werden. Dies kann beispielsweise im Startup-Code geschehen.

Destruktoren (ohne --enable-__cxa_atexit und ohne -fuse-cxa-atexit)

G++ erstellt eine "dtors*" Sektion, analog zur "ctors*" Sektion und speicher dort wiederum ein Array aus Funktionszeigern. Diesmal zeigen diese Funktionszeiger aber auf Destruktoren.

In neueren Version von GCC wurde die Sektion .dtors* in .fini_array umbenannt und muss gegebenenfalls im Linkerscript geändert werden.

Destruktoren (mit --enable-__cxa_atexit oder mit -fuse-cxa-atexit)

Im Konstruktor eines globalen/statischen Objekts wird die folgende Funktion aufgerufen: 

 int __cxa_atexit(void (* f)(void *), void *p, void *d);

f ist ein Funktionszeiger zu einem Destruktor, p der Parameter, der dem Destruktor übergeben werden soll und d ist das sog. "home DSO" (DSO = dynamic shared object). Diese Funktion sollte alle drei Parameter speichern und bei Erfolg 0, andernfalls nicht 0 zurückgeben. Wenn der Kernel/das Programm dann beendet wird, sollte man die Funktion 

 void __cxa_finalize(void *d);

mit d = 0 aufrufen, um alle mit __cxa_atexit registrierten Funktionen mit passenden Paramtern aufzurufen. Die registrierten Funktionen müssen in umgekehrter Reihenfolge aufgerugen werden. Außerdem muss man ein Symbol namens __dso_handle bereitstellen. Es wird allerdings nur die Adresse des Symbols verwendet um ein DSO zu identifizieren und um __cxa_atexit aufzurufen. 

// Lizenz: public domain

extern "C"
{
  int __cxa_atexit(void (*f)(void *), void *p, void *d);
  void __cxa_finalize(void *d);
};

void *__dso_handle;

struct object
{
  void (*f)(void*);
  void *p;
  void *d;
} object[32] = {0};
unsigned int iObject = 0;

int __cxa_atexit(void (*f)(void *), void *p, void *d)
{
  if (iObject >= 32) return -1;
  object[iObject].f = f;
  object[iObject].p = p;
  object[iObject].d = d;
  ++iObject;
  return 0;
}

/* NOTE: Zerstört momentan unabhängig von d alle Objekte */
void __cxa_finalize(void *d)
{
  unsigned int i = iObject;
  for (; i > 0; --i)
  {
    --iObject;
    object[iObject].f(object[iObject].p);
  }
}

new/delete

Um dynamisch Objekte mit new erstellen bzw. mit delete zerstören zu können muss man die vier Operatoren

  • new
  • new[]
  • delete
  • delete[]

implementieren.

Eine einfache Implementation ist z.B.: 

void *operator new( size_t size )
{
  return kcalloc( size );
}

void *operator new[]( size_t  size )
{
  return kcalloc( size );
}

void operator delete( void *obj )
{
  kfree( obj );
}

void operator delete[]( void *obj )
{
  kfree( obj );
}

RTTI

RTTI (Runtime Type Information) wird am besten innerhalb des Kernels komplett deaktiviert. Mit g++ geschieht dies mittels des Kommandozeilenparameter -fno-rtti. Ohne RTTI muss man aber auch auf dynamic_cast und typeid verzichten.

Exceptions

Exceptions sollten auch am besten innerhalb des Kernels deaktiviert werden. Mit g++ können Exceptions über den Kommandozeilenparameter -fno-exceptions deaktiviert werden.

sonstige Probleme

C++-Funktionen aus C/Assembler nutzen

Um C++-Funktionen von Sourcecode, der in C oder Assembler geschrieben ist, aufrufen zu können, muss das name mangling – dabei werden die Funktionsnamen nicht direkt als Symbolnamen genommen, sondern Parameter- und Rückgabetypen und Informationen zum Namespace mit in den Symbolnamen eingebaut – für diese Funktionen deaktiviert werden. Dies geschieht dadurch, dass die betreffende Funktion innerhalb des C++-Sourcecodes extern "C" deklariert wird, wie in folgendem Beispiel: <cpp>extern "C" void foobar(int i, char* s);</cpp> Anschließend kann die Funktion in C++ ganz normal definiert werden und schließlich aus dem C/Assembler-Sourcecode heraus wie sonst üblich aufgerufen werden.

Eine Einschränkung gibt es aber doch: man kann diese Funktion nicht mehr überladen, das würde beim Linken zu ernsten Problemen führen. Folgendes Beispiel funktioniert also nicht: <cpp>extern "C" void foobar(int i, char* s); extern "C" void foobar(int i, double* d);</cpp> Der Linker würde 2 Funktionen mit dem Namen 'foobar' finden und könnte das ganze nicht mehr linken und auch nicht feststellen, welche Funktion die Aufrufer jeweils meinen.

Siehe auch

C++-Kernel mit GRUB

Links

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