本文不打算嚴(yán)格地、用標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語來講前因后果。本文主要分析實(shí)踐中常見的、因?yàn)閷υ聿磺宄愠鰜淼漠a(chǎn)品里的坑。

什么是插件模式和為什么要用插件模式

插件，Plug-In，或者（IE/Edge稱之為）加載項(xiàng)/Add-On，（Office稱之為）外接程序/Add-In，（GIMP稱之為）擴(kuò)展/Extension，等等，總之看字面意思都是“額外增加功能”的這種東西，是一類開發(fā)模式。基本思路就是，研發(fā)軟件本體的時候，外部需求不明確、直到使用期仍然經(jīng)常會增加功能細(xì)節(jié)。為了把變動部分切割開，在設(shè)計的時候，通過對可變部分的歸納分析，對可變部分抽象出一套接口；每套外部需求用動態(tài)庫之類的形式實(shí)現(xiàn)接口；軟件本體按某種約定，加載動態(tài)庫，并從中獲取插件實(shí)例，通過接口來調(diào)用滿足當(dāng)時需求的功能實(shí)現(xiàn)。

可以看到，插件的思想，其實(shí)就是靈活運(yùn)用“動態(tài)庫”的動態(tài)加載能力，把對“接口”的實(shí)現(xiàn)移到軟件本體之外，并用工廠模式來約束動態(tài)庫的實(shí)現(xiàn)方式。

只要是具有動態(tài)加載能力的運(yùn)行環(huán)境上，都可以使用插件模式來設(shè)計軟件系統(tǒng)。極端一些的軟件系統(tǒng)，甚至只提供基礎(chǔ)平臺，所有功能都由插件的方式提供，例如 Visual Studio Code 、 Eclipse 等。

C++實(shí)現(xiàn)插件模式

用C++實(shí)現(xiàn)插件模式，一般是把下面這些功能組合起來：

• 用一個C++的帶虛函數(shù)的基類來表示功能
• 約定動態(tài)庫里的工廠模式接口
• 在一些動態(tài)庫里提供實(shí)現(xiàn)虛函數(shù)的派生類
• 在動態(tài)庫里實(shí)現(xiàn)工廠模式

不幸的是，由于各操作系統(tǒng)的動態(tài)庫機(jī)制普遍是C風(fēng)格的，用C++做動態(tài)庫時候的坑，在用C++實(shí)現(xiàn)插件模式時，全都會遇到。比如：

• C++的編譯器差異導(dǎo)致的不互通
  會導(dǎo)致必須用同一種（或兼容的）編譯器來生成插件和軟件本體。
  • 名字改寫（Name Mangling）：參考：Wikipedia、C/C++中的名字空間與作用域示例詳解?會導(dǎo)致加載插件時“找不到符號”
  • 虛函數(shù)（表）實(shí)現(xiàn)：
    會導(dǎo)致加載插件時可能不報錯，但運(yùn)行時候找不到正確的虛函數(shù)入口
• 操作系統(tǒng)機(jī)制導(dǎo)致的不互通
  • Windows上使用MSVCRT時的內(nèi)存分配和回收
    Windows每個模塊的內(nèi)存分配默認(rèn)是在模塊自己的堆里的，而Windows上的C運(yùn)行時庫（各種MSVCRT）為了封裝出?malloc?、?free?等C函數(shù)的效果，建立了__crtheap（2010及之前版本行為）或直接使用進(jìn)程默認(rèn)堆（2015及之后版本行為）[1]。這導(dǎo)致，即使是同一個編譯器，靜態(tài)鏈接VC運(yùn)行時會采用本模塊內(nèi)部的堆來實(shí)現(xiàn)?malloc?等，而動態(tài)鏈接VC運(yùn)行時則會采用MSVCRT動態(tài)庫DLL的模塊堆。需要解決好“誰申請誰釋放”的問題，否則內(nèi)存管理的地方容易出異常。
  • 全局變量在模塊間的共享問題

一些典型的不良實(shí)現(xiàn)

這里說的不良實(shí)現(xiàn)，使用時候未必會錯或崩，但早晚要崩，或者會限制住插件的開發(fā)。以下用如下插件接口作為例子。

// IFilter.h
 
/// 濾波器接口.
class IFilter {
protected:
    IFilter();
public:
    virtual ~IFilter();
public:
    /// 一個將輸入復(fù)數(shù)數(shù)組處理為輸出復(fù)數(shù)數(shù)組的函數(shù).
    virtual void Filter(const std::complex<double>* acdIn, std::complex<double>* acdOut, size_t uLen) = 0;
    /// 獲取當(dāng)前實(shí)現(xiàn)的一些描述字符串.
    virtual std::string GetDescription() const = 0;
};
// IFilter.cpp
IFilter::IFilter() { }
IFilter::~IFilter() { }

并約定插件實(shí)現(xiàn)中以如下形式提供工廠函數(shù)。

// FilterPluginDll.h
#include "IFilter.h"
/* 插件DLL應(yīng)該提供如下函數(shù) 
extern "C" int GetFilterPluginInDll(char* szFilterNamesBuf, size_t uBufLen);
extern "C" IFilter* BuildFilterPlugin(const char* szFilterName);
extern "C" void FreeFilterPlugin(IFilter* pFilter);
*/
typedef int (*PFNGetFilterPluginInDll)(char* szFilterNamesBuf, size_t uBufLen);
typedef IFilter* (*PFNBuildFilterPlugin)(const char* szFilterName);
typedef void (*PFNFreeFilterPlugin)(IFilter* pFilter);

接口類沒有提供二進(jìn)制實(shí)現(xiàn)

比如，對插件只發(fā)布兩個頭文件；認(rèn)為?IFilter?的構(gòu)造和析構(gòu)反正是空函數(shù)無所謂，直接寫在類定義里。

這樣，插件開發(fā)者自己生成插件DLL時，會在自己的DLL里鏈接進(jìn)一份?IFilter::IFilter()?和?IFilter::~IFilter()?的實(shí)現(xiàn)，而軟件本體里也有一份自己的實(shí)現(xiàn)。雖然看上去，如果編譯器一樣，兩份實(shí)現(xiàn)是等同的，但考慮到它們使用了不同的模塊堆，以及其它各種原因，插件DLL中的?IFilter?和軟件本體里的?IFilter?并不是完全等同的。

這里應(yīng)該由軟件本體導(dǎo)出?IFilter::IFitler()?和?IFilter::~IFilter()?等接口類的共性成分的實(shí)現(xiàn)給插件，以免出現(xiàn)一些奇怪的問題。

工廠函數(shù)里沒有正確設(shè)計“誰分配誰釋放”

比如，為了“簡單”，只要求了?BuildFilterPlugin?工廠函數(shù)，認(rèn)為可以由軟件本體用?delete pFilter;?來釋放插件實(shí)例。

一種建議的實(shí)現(xiàn)方法

用類似于Windows的COM風(fēng)格的“放了一堆函數(shù)指針的結(jié)構(gòu)體”來表示插件的接口定義；軟件本體里為了使用方便，再用接口類包裝一下。

參考文獻(xiàn)

• 一個程序員的修煉之路. 談一談Windows中的堆 [EB/OL].?https://blog.csdn.net/CJF_iceKing/article/details/119083770