在c++中使用脚本语言在运行时创建新的类/成员
Creating new classes/members at run-time in scripting languages used in C++
我已经断断续续地研究这个问题好几个月了，现在我想真正想出一个合适的解决方案，来处理在c++ 11项目运行时使用成员函数/属性创建新的用户定义类(以及这些类的实例)的情况。
到目前为止，我一直在使用SWIG(以前使用Python，现在使用Lua，探索Squirrel)。就像我迄今为止遇到的所有c++绑定/嵌入库(Luna*， luabinder, luabind, OOLua, Sqrat/Sqext, Squall)一样，它们都希望在代码执行之前在c++中预定义类，因为它们要么依赖预处理器指令，要么依赖模板。所以我的问题是，有没有一些库使用更程序化的方法来包装语言，或者有一些很好的教程/例子，比如Lua或Squirrel，有人会推荐用于处理带有自定义成员和函数的自定义命名类的创建?如果能给点指导，我将不胜感激。
即使只是一个很好的例子，展示如何在Lua, Squirrel中通过各自的c++ api创建带有函数和属性的自定义类，而不使用宏/模板/动态生成代码，也会非常有帮助。
编辑:我已经创建了一个Instance类，其中包含成员键/值对的std::vector，以及标识类型的成员，以便可以查找函数。但是，关于在Lua/Squirrel中不使用静态代码创建简单类的文档很少。
编辑2:我想要一个解决方案，在任何平台上工作，而不必动态链接。
创建一个从现有c++类派生的类是将一个新类引入运行中的c++程序的唯一方法(据我所知)。由于没有动态编译实际的c++源代码并加载结果库，因此无法物理地添加新类。下一个最好的方法是在c++中创建一个代理对象来包装Python (Lua等)对象，并使该Python (Lua)对象成为一个类的实例，该类扩展了镜像到Python (Lua)端的现有c++类。
C++
+---------+ mirrors +--------------+
| class X | ...............................> | class X |
+---------+ | mirrored to |
| | Python |
| inherits +--------------+
v inherits |
+-----------------+ v
| class X_Wrapper | references +--------------+
| | python obj -------------------------> | class CX(X): |
+-----------------+ | def met() |
+--------------+
下面是一个用Python扩展c++类的例子，使用boost:: Python作为桥接。
c++:#include <boost/python.hpp>
#include <iostream>
using namespace boost::python;
// this is the interface we will implement in Python
struct World
{
virtual std::string greet() = 0;
virtual ~World() {}
};
// this is a helper class needed to access Python-overrided methods
struct WorldWrap : World, wrapper<World>
{
std::string greet()
{
return this->get_override("greet")();
}
};
// This function tests our class implemented in Python
std::string test(World* w)
{
std::cout << "Calling w->greet() on some World-derived objectn";
return w->greet();
}
// This is what the Python side will see
BOOST_PYTHON_MODULE(hello)
{
class_<WorldWrap, boost::noncopyable>("World")
.def("greet", pure_virtual(&World::greet));
def("test", test);
}
import hello
class HomeWorld(hello.World):
""" Implements a function defined in C++ as pure virtual """
def greet(self):
return "howdy"
home = HomeWorld()
print (hello.test(home))
考虑以下Lua multimap的例子。
Multimap = {};
function Multimap:__index(key)
if (key == 'keys') then
local ret = {}
for k,_ in pairs(self) do
ret[#ret+1] = k;
end
return ret;
else
return rawget(getmetatable(self), key)
end
end
function Multimap.Create()
local self = {};
setmetatable(self, Multimap);
return self;
end
function Multimap:Insert(key, value)
local list = self[key];
if (list == nil) then
list = {};
self[key] = list;
end
table.insert(list, value);
end
function Multimap:Remove(key, value)
local list = self[key];
assert(list ~= nil, "key not found");
for i = 1,#list do
if (list[i] == value) then
table.remove(list, i);
if (#list == 0) then
self[key] = nil;
end
return;
end
end
error("value not found");
end
-- testing
m = Multimap.Create()
m:Insert(1,5)
m:Insert(2,6)
m:Insert(3,7)
m:Insert(1,8)
m:Remove(2,6)
print(pcall(function()
m:Remove(2,6) -- will produce assert exception
end))
print("keys left: ", table.concat(m.keys, ','))
在c++中有几种方法可以实现。
- 使用大量Lua API。下面的代码几乎与Lua完全相同。
#include <Lua/src/lua.hpp>
int Multimap_Index(lua_State* L) {
lua_settop(L, 2); // force 2 arguments
const char *key_value = "key";
size_t key_len;
const char *key = lua_tolstring(L, 2, &key_len);
if (!strncmp(key, key_value, strlen(key_value))) {
int i = 0;
lua_newtable(L); // stack : self, key, ret = {}
int ret = lua_gettop(L);
lua_pushnil(L); // stack : self, key, ret, nil
while (lua_next(L, 1) != 0) { // stack : self, key, ret, k, v
lua_pop(L, 1); // stack : self, key, ret, k
lua_len(L, ret); // stack : self, key, ret, k, #ret
lua_pushvalue(L, -2); // stack : self, key, ret, k, #ret, k
lua_rawseti(L, ret, lua_tointeger(L, -2)+1); // ret[#ret+1] = k ; || stack : self, key, ret, k, #ret
lua_pop(L, 1); // stack : self, key, ret, k
}
// stack : self, key, ret
return 1;
}
else {
lua_getmetatable(L, 1); // stack : self, key, metatable(self)
lua_pushvalue(L, 2); // stack : self, key, metatable(self), key
lua_rawget(L, -2); // stack : self, key, metatable(self), rawget(metatable(self), key)
return 1;
}
}
int Multimap_Remove(lua_State* L) {
lua_settop(L, 3); // force 3 arguments: self, key, value
lua_checkstack(L, 12); // reserve 12 arguments on stack (just in case)
lua_pushvalue(L, 2); // stack: self, key, value, key
lua_gettable(L, 1); // stack: self, key, value, list = self[key]
if (lua_isnil(L, -1))
luaL_error(L, "key not found");
lua_len(L, -1); // stack: self, key, value, list, #list
int count = lua_tointeger(L, -1);
lua_pop(L, 1); // stack: self, key, value, list
for (int i = 1; i <= count; ++i) {
lua_rawgeti(L, -1, i); // stack: self, key, value, list, v = list[i]
if (lua_compare(L, 3, 5, LUA_OPEQ)) { // if (list[i] == value)
lua_getglobal(L, "table"); // stack : self, key, value, list, v, table
lua_getfield(L, -1, "remove"); // stack : self, key, value, list, v, table, table.remove
lua_pushvalue(L, 4);
lua_pushinteger(L, i); // stack : self, key, value, list, v, table, table.remove, list, i
lua_call(L, 2, 0); // table.remove(list, i); || stack : self, key, value, list, v, table
lua_pushnil(L);
if (lua_next(L, 4) == 0) { // if list is empty table
lua_pushvalue(L, 2);
lua_pushnil(L);
lua_settable(L, 1); // self[key] = nil
}
return 0;
}
}
luaL_error(L, "value not found");
}
int main() {
auto L = luaL_newstate();
luaL_openlibs(L);
lua_newtable(L);
int Multimap = lua_gettop(L); // Multimap = {}
lua_pushvalue(L, Multimap);
lua_setglobal(L, "Multimap"); // _G.Multimap = Multimap;
// option 1: create a C function for operation
// Multimap.__index = &Multimap_Index
lua_pushcfunction(L, Multimap_Index);
lua_setfield(L, Multimap, "__index");
// option 2: compile Lua code and use it
luaL_loadstring(L,
"local self = {};n"
"setmetatable(self, Multimap);n"
"return self;n"
);
lua_setfield(L, Multimap, "Create"); // Multimap.Create = &Multimap_Create
luaL_loadstring(L,
"local self, key, value = ...;n" // initialize local variables from parameters here
"local list = self[key];n"
"if (list == nil) thenn"
" list = {};n"
" self[key] = list;n"
"endn"
"table.insert(list, value);n"
);
lua_setfield(L, Multimap, "Insert"); // Multimap.Create = &Multimap_Insert
lua_pushcfunction(L, Multimap_Remove);
lua_setfield(L, Multimap, "Remove"); // Multimap.Create = &Multimap_Remove
lua_getfield(L, Multimap, "Create");
lua_call(L, 0, 1);
int m = lua_gettop(L);
lua_getfield(L, m, "Insert"); // stack : m, m.insert
int Insert = lua_gettop(L);
// m.Insert(m, 1, 5)
lua_pushvalue(L, Insert);
lua_pushvalue(L, m);
lua_pushinteger(L, 1);
lua_pushinteger(L, 5);
lua_call(L, 3, 0);
// m.Insert(m, 2, 6)
lua_pushvalue(L, Insert);
lua_pushvalue(L, m);
lua_pushinteger(L, 2);
lua_pushinteger(L, 6);
lua_call(L, 3, 0);
// m.Insert(m, 3, 7)
lua_pushvalue(L, Insert);
lua_pushvalue(L, m);
lua_pushinteger(L, 3);
lua_pushinteger(L, 7);
lua_call(L, 3, 0);
// m.Insert(m, 1, 8)
lua_pushvalue(L, Insert);
lua_pushvalue(L, m);
lua_pushinteger(L, 1);
lua_pushinteger(L, 8);
lua_call(L, 3, 0);
// m.Remove(m, 2, 6)
lua_getfield(L, m, "Remove");
lua_pushvalue(L, m);
lua_pushinteger(L, 2);
lua_pushinteger(L, 6);
lua_call(L, 3, 0);
// m.Remove(m, 2, 6)
lua_getfield(L, m, "Remove");
lua_pushvalue(L, m);
lua_pushinteger(L, 2);
lua_pushinteger(L, 6);
lua_pcall(L, 3, 0, 0);
printf("%sn", lua_tostring(L, -1));
lua_getglobal(L, "table");
lua_getfield(L, -1, "concat");
lua_getfield(L, m, "keys");
lua_pushstring(L, ",");
lua_call(L, 2, 1);
printf("keys left: %sn", lua_tostring(L, -1));
lua_close(L);
return 0;
}
免责声明:我发表这篇文章作为回答，因为我没有足够的声望积分来添加评论。
注释:撇开与特定脚本语言绑定的问题，似乎您正面临C++语言的基本限制:它不是"动态的"(如其他评论所指出的)。也就是说，该语言不提供任何扩展或修改已编译程序的功能。
也许不是所有的希望都失去了。在网上搜索"c++动态加载"，可以发现一些系统(如Linux和Windows)似乎确实实现了动态加载机制。
这里有两篇关于这个话题的(旧)文章的链接。
- Linux上c++的动态类加载在Linux Journal.
- Dr.Dobb's中的动态加载c++对象
乍一看它们似乎很有趣。但我不确定它们是否仍然相关。
这只是瞎猜。
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