Node.js 程序员的 C++ 进修指南【1】:SetTimeout

前言

  • 如果您看得懂,那么,这是 Node.js 程序员的 C++ 进修指南。

  • 如果您没看懂,那么,这是学 C++ 的劝退书!

目的

用 C++ 改写 Node.js 程序,主要目的可能有两个:保密、提高性能。

那么您肯定要问:为什么不用 Go 或者 Rust 改写?UMU 是推荐用 Go 或 Rust 的,而且相对改写为 C++ 要简单得多,本系列文章,可能从反面论证:您应该选择用 Go 或者 Rust 改写!

代码仓库

https://github.com/UMU618/cpp-for-nodejs-programmers

第一个例子

在《学习 Rust【2】减少代码嵌套》中,UMU 提到一个使代码平坦化的例子,咱们把其中最基本的功能提炼出来,成为最简单的例子:

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setTimeout(() => {
console.log('step1')
}, 1000)

setTimeout(() => {
console.log('step2')
}, 2000)

setTimeout(() => {
console.log('step3')
}, 3000)

这段代码实现的功能是:一秒后打印 step1,再一秒后打印 step2,再一秒后打印 step3,退出。

翻译为 C++

首先明确一点:JavaScript 是 JIT 语言,不用编译,语言宿主直接解释运行。C++ 是 AOT 语言,需要编译。所以我们需要编译器(比如 g++、clang++)和编译脚本(比如 make、cmake)。下面我们会选择在 macOS 上使用 clang++ 和 cmake 来编译 C++ 代码。其中,cmake 其实是用来产生 Makefile 的,如果您学过 Makefile,可以直接用它。

安装依赖软件

  • 安装 Xcode,以获取 MacOSX.sdk。

  • 安装 clang++ 和 cmake:

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brew install llvm
brew install cmake

STL 实现

  • C++ 代码:
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// set_timeout.cc
// UMU: 这是一个不太好的实现
#include <chrono>
#include <future>
#include <iostream>
#include <vector>

class Timer {
public:
template <typename T>
void setTimeout(T function, int delay);
void stop();
void wait();

private:
bool clear = false;
std::vector<std::thread> pool;
};

template <typename T>
void Timer::setTimeout(T function, int delay) {
this->clear = false;
pool.emplace_back(std::thread([=]() {
if (this->clear) {
return;
}
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(delay));
if (this->clear) {
return;
}
function();
}));
}

void Timer::stop() {
this->clear = true;
}

void Timer::wait() {
for (std::thread& thread : pool) {
if (thread.joinable()) {
thread.join();
}
}
}

int main() {
Timer timer;
//timer.setTimeout([&]() { std::cout << "step1\n"; timer.stop(); }, 1000);
timer.setTimeout([]() { std::cout << "step1\n"; }, 1000);
timer.setTimeout([]() { std::cout << "step2\n"; }, 2000);
timer.setTimeout([]() { std::cout << "step3\n"; }, 3000);
timer.wait();
return 0;
}
  • cmake 脚本,CMakeLists.txt:
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cmake_minimum_required (VERSION 3.5)
project (set_timeout)

add_executable(set_timeout set_timeout.cc)
set_property(TARGET set_timeout PROPERTY CXX_STANDARD 17)
target_compile_features(set_timeout PRIVATE cxx_auto_type)
  • 编译:
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# cd to source code directory
cmake .
make

小结:以上代码,可用,但不推荐。首先它是用多线程模拟的定时器,当设置 N 个定时器时,将创建 N 个线程,这不够优雅。其次,当您取消定时器时,会发现它无法立刻取消并退出线程。

Boost Asio 实现

我们知道,Nodejs 内部使用 libuv 作为异步 IO 库,它是 C 实现的,用 C++ 调用 libuv 就显得不那么 C++,所以我们决定用和 libuv 同类且更强大的 Boost Asio 来代替。

  • 安装 boost,目前是 1.72.0 版:
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brew install boost
  • C++ 代码:
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#include <chrono>
#include <iostream>
#include <vector>

#include <boost/asio.hpp>
#include <boost/asio/steady_timer.hpp>

class Timer {
public:
template <typename T>
void setTimeout(T function, int delay);
void stop();
void wait();

private:
boost::asio::io_context io;
std::vector<boost::asio::steady_timer> timers;
size_t count;
};

template <typename T>
void Timer::setTimeout(T function, int delay) {
auto& timer = timers.emplace_back(boost::asio::steady_timer(io));
++count;
timer.expires_from_now(std::chrono::milliseconds(delay));
timer.async_wait([=](const boost::system::error_code& error) {
// boost::system::error::operation_canceled
// boost::asio::error::operation_aborted
if (!error) {
function();
}
});
}

void Timer::stop() {
for (auto& timer : timers) {
timer.cancel();
}
}

void Timer::wait() {
io.run();
}

int main() {
Timer timer;
//timer.setTimeout([&]() { std::cout << "step1\n"; timer.stop(); }, 1000);
timer.setTimeout([]() { std::cout << "step1\n"; }, 1000);
timer.setTimeout([]() { std::cout << "step2\n"; }, 2000);
timer.setTimeout([]() { std::cout << "step3\n"; }, 3000);
timer.wait();
return 0;
}
  • cmake 脚本,CMakeLists.txt:
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cmake_minimum_required (VERSION 3.5)
project (set_timeout)

add_executable(set_timeout set_timeout.cc)
set_property(TARGET set_timeout PROPERTY CXX_STANDARD 17)
target_compile_features(set_timeout PRIVATE cxx_auto_type)

set(Boost_USE_STATIC_LIBS ON)
set(Boost_USE_MULTITHREADED ON)
set(Boost_USE_STATIC_RUNTIME ON)
find_package(Boost 1.71.0)
if(Boost_FOUND)
include_directories(${Boost_INCLUDE_DIRS})
target_link_libraries(set_timeout ${Boost_LIBRARIES})
endif()

小结:好很多,但太难了……这真是劝退书!