c++ - 定义新的内存类型

Question

是否可以定义一种新的内存类型。例如，在某些嵌入式系统编译器中，您可以执行以下操作:

__flash const char array[] = "This is memory in flash (not ram) so I can waste it!";

因此，可以更疯狂地定义一种新型的内存(例如SD卡)。

我基本上是在问是否可以定义什么是SD卡(如何访问其中的数据)，然后在sd内存中声明一个变量。 (在看到写入的每个地方都调用sd方法，在看到读取的每个地方都调用sd方法):

class SDCard{
public:
  void write(void* data,size_t length);
  void* read(size_t length);
  void* memAlloc(size_t length);

};

__sd char myVar;  //Grabs an address in the sd card based on SDCard::memAlloc
myVar = 'A';  //Calls whatever I defined the sd card write operation as
char other = myVar;  //Calls whatever I defined the sd card read operation as

如果可以做一些特别的事情，我就在使用gcc(我几乎愿意修改编译器源代码以允许我执行此操作)。

这样的事情是可能的，但是有一些问题:

struct Vol_t{   //Would represent an SD card an external RAM or any other memory
    void write(void* data,size_t len,size_t add) const{}
    void* read(size_t len,size_t add) const{}
};
template<Vol_t* sd, class Type,size_t address>
struct MemDef{  //Wrap your type with this (maybe add -> operator support later
    void operator=(Type&& data){
        sd->write(&data,sizeof(data),address);
    }
    operator Type&(){
        return *reinterpret_cast<Type*>(sd->read(sizeof(Type),address));
    }
};

Vol_t SD;  //Initialize our SD card
MemDef<&SD,int,0xdeadbeaf> sdVar;  //Declare an int variable on the SD card

int main(int argc,char** args){
    sdVar = 12;   //Writes to the SD card
    int local = sdVar;  //Reads from the SD card
    system("Pause");
}

这种方法的问题:

Optimizer必须执行每个读取/写入操作– 无法对以此方式声明的变量进行任何优化。 (这是主要问题)

有点不雅(但确实可以完成工作)

您必须指定要使用的内存地址(如果编译器可以在编译之前以某种方式找出所有并自动生成

，那真是太棒了

因此，也许我必须在gcc中添加一个关键字(如果是这种情况，请指出正确的方向以开始使用)。

编辑:这种方法还有另一个问题。如果类型具有指向另一个变量的指针，则该变量将不会在SD卡上初始化(只有指针会被初始化)。

Answer 1

可能有两种情况:

硬件使得一定范围的地址映射到SD卡，并且可以使用该范围内的常规内存访问指令从SD卡写入/读取数据。使用常规指针。

需要使用特殊指令/功能来读取/写入SD卡。例如，SDCard::read函数(在OS上调用特殊函数，如果有的话)或中断指令。

__flash是GCC扩展名。它使用另一条指令访问存储器，并将static数据定位在另一个段上。但是不能单独使用C++以这种方式将其推广。它也不能与动态分配一起使用。

第一种情况(地址范围)

要使用常规指针将数据读/写到SD卡，需要将其标记为volatile。这样，编译器不会优化并进行读写操作。 volatile意味着可以从程序外部更改/使用内存，例如，将其写入SD卡的硬件。参见http://en.cppreference.com/w/cpp/language/cv。

例如

volatile char* data = 0x00010000;
memcpy(data, "test", 5);

如果内存范围"test" .. 0x00010000映射到SD卡，则将0x0001ffff写在SD卡上。

要在SD卡上动态分配内存，例如使用malloc和free分配常规工作内存，则需要自定义分配器。它需要自己处理内存分段，即需要映射内存的哪些区域是空闲的或已分配的，并且allocate(len)需要找到长度至少为len的空闲段。这通常由操作系统处理。

这可以用C++作为分配器类编写，该类必须满足Allocator(概念):http://en.cppreference.com/w/cpp/concept/Allocator的要求。例如(不完整):

template<typename T>
class SD_allocator {
    using value_type = T;
    using pointer = T*;
    pointer allocate(std::size_t len) {} // allocate segment of len bytes
    void deallocate(pointer, std::size_t) {}
};

然后可以与STL容器一起使用，例如:

std::vector<int, SD_allocator<int>> vec;

将SD卡上的内存用于vec的项目。在这里，它们是非volatile，仅用于程序内部，而不用于SD卡上的持久存储。

C++中的标准分配器是std::allocator，它分配诸如malloc和free的常规内存。

Boost似乎在自定义定义的内存区域上提供了一个处理分段的分配器:

http://www.boost.org/doc/libs/1_35_0/doc/html/interprocess/managed_memory_segments.html
http://www.boost.org/doc/libs/1_55_0/doc/html/boost/interprocess/allocator.html

对于SD卡等永久性存储，最好为SD卡上的数据定义固定的结构和布局，然后对其进行读/写。

struct SDCard_data {
    std::int32_t int1;
    std::int32_t buffer1[500];
    std::int8_t padding_[34];
    int four_bit1 : 4;
    int four_bit2 : 4;
    bool bit1:1;
    bool bit2:1;
    bool bit3:1;
    bool bit4:1;
};

static volatile SDCard_data* sdcard
    = reinterpret_cast<volatile SDCard_data*>(0x0001000);

int write_to_card() {
    // writes to the card
    card->int1 = 32;
    card->bit3 = true;
}

第二种情况(特殊说明)

如果对SD卡的读/写操作与硬件上的常规内存访问指令不符，则无法使用原始volatile指针直接访问其中的数据。

如果目标仍然是以这种方式访问​​它，则需要一个诸如MemDef的类。最好使用fopen，fread，fprintf或类似功能，将SD卡像文件/流一样对待，而不是向其中写入/读取全部数据块。

为此，需要对对象进行序列化/非序列化。复制struct作为原始内存，例如

struct A;
A a;
write_to_card(reinterpret_cast<void*>(&a), sizeof(A))

只要struct是 PODType 且不包含任何指针/引用(即其内部表示形式取决于内存地址的类型)就可以工作。它还取决于平台的内存布局(对齐方式，结构填充)，字节序，float，CHAR_BIT的表示等。对于跨平台支持(例如，当从具有另一种微 Controller 的另一台设备读取SD卡时，某些文件格式)将需要代替使用。

定义自定义Allocator类也是可能的(但很困难)，该类将MemDef之类的类用作指针类型。