Question

我正在阅读Contiki OS中的protothread实现的源代码，该实现由瑞典SICS的Adam Dunkels开发。我真的很困惑它的实现和Simon Tatham所展示的协同例程之间的一点点差异 - 也就是说，为什么状态变量在Adam's protothread实现中不是静态的，而声明为static在西蒙的论文中？

让我们先仔细看看Simon的讨论。例如，能够编写一个说

的函数会很好

int function(void) {
   int i;
   for(i=0; i<10; i++)
       return i; //actually won't work in C
}

并且连续十次调用该函数返回数字0到9。

这可以通过在此函数中使用以下宏来实现：

#define crBegin static int state=0; switch(state) { case 0:
#define crReturn(i,x) do { state=__LINE__; return x; \
case __LINE__:; } while (0)
#define crFinish }
int function(void) {
    static int i;
    crBegin;
    for (i = 0; i < 10; i++)
        crReturn(1, i);
    crFinish;
}

如预期的那样，调用此函数十次将给出0到9。

不幸的是，如果我们使用Adam的本地连续宏包裹的开关大小写（Contiki src树中的/core/sys/lc-switch.h），即使你创建了状态变量s，这也行不通。静态：

typedef unsigned short lc_t;
#define LC_INIT(s) s = 0; // the ";" must be a mistake...
#define LC_RESUME(s) switch(s) { case 0:
#define LC_SET(s) s = __LINE__; case __LINE__:
#define LC_END(s) }
int function(void) {
    static int i;
    lc_t s;
    LC_INIT(s);
    LC_RESUME(s);
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {    return i;
         LC_SET(s);
    }
    LC_END(s);
}

这里，和Simon的例子一样，s作为一个状态变量，它保留了由LC_SET设定的位置（屈服点）。当函数稍后恢复执行（从开始）时，它将根据s的值进行切换。此行为表示函数在前一次调用设置的yield位置之后继续运行。

这两组宏之间的区别是：

状态变量s在Simon的示例中是静态的，但在Adam的LC定义中是非静态的;
crReturn在返回结果之前设置状态，而在Adam的LC定义中，LC_SET（s）纯粹设置状态并标记屈服点。

当然后者在函数中对于for循环的情况不起作用。这种“返回并继续”行为的关键在于状态变量是静态的，而状态是在return语句之前设置的。显然，LC宏不符合要求。那么为什么LC宏是以这种方式设计的呢？

我现在可以推测的是，这些LC宏只是非常低级的原语，不应该以for循环示例中所示的方式使用。我们需要进一步构建这些包含这些LC原语的PT宏，以使它们真正有用。并且crReturn宏仅用于演示目的，以专门适合for循环的情况，因为并非每次都希望通过函数返回来执行执行。

Answer 1

正如您所猜测的那样，所有应该在coroute返回之间保存其值的函数局部变量应该是静态的，此外，类型lc_t的变量描述了couroutine的当前状态也应该是静态的。要修复您的示例，请在static的声明前添加s。

另一件事是你想要返回一个值。 Contiki protothreads不支持返回任意值;它们只是一个代码，用于描述该线程是处于活动状态还是已经完成（PT_WAITING，PT_YIELDED，PT_EXITED和PT_ENDED状态。）

但是，您可以使用LC_xxx宏轻松完成此工作;你还需要一个标志（这个想法与PT_YIELD()中的相同）：

int function(void) {
    static int i;
    static lc_t s;
    int flag = 0; // not static!
    LC_INIT(s);
    LC_RESUME(s);
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        flag = 1;
        LC_SET(s);
        if (flag) { /* don't return if came to this point straight from the invocation of the coroutine `function` */
          return i;
        }
    }
    LC_END(s);
}

Contiki protothread库使用这些LC_xxx宏来实现PT_xxx宏，这些宏又用于创建对处理的应用程序级别（PROCESS_xxx宏）的支持。

lc_t状态变量实际上与原始线程的状态相同：在https://github.com/contiki-os/contiki/blob/master/core/sys/pt.h中，pt结构的定义简单如下：

struct pt {
  lc_t lc;
};

pt结构又作为process结构中的成员包含在内（请参阅https://github.com/contiki-os/contiki/blob/master/core/sys/process.h）。 Contiki中的进程结构是全局变量，因此protothread状态存储在protothread协程的不同调用中。

大多数couroutine局部变量也需要是静态的这一事实通常被描述（在研究论文中）作为这种编程模型的主要限制之一，但在实践中它并不是什么大问题。

Answer 2

状态变量确实需要在静态分配的内存中，其中包括您链接到的Dunkels示例中的全局变量。如果它是一个自动变量（在堆栈上，而不是静态变量），它的值将从函数的一次调用中丢失，除了在最简单的程序中。

使用lc-switch实现时，您可以将Tatham的crReturn()修改为LC_SET_AND_RETURN()宏，以便为需要返回的函数添加返回功能，如下所示一个值，只需为LC_SET(s); return;函数调用void。

#include "lc.h"
#define LC_SET_AND_RETURN(lc, retval) do { lc = __LINE__ ; return retval; case __LINE__: } while (0)

int function(void) {
    static int i;
    static lc_t s;
    LC_RESUME(s);
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        LC_SET_AND_RETURN(s, i);
    }
    return -1; // done
    LC_END(s);
}

LC_INIT()看起来像是被称为LC_INIT(static lc_t s);。代码

static lc_t s;
LC_INIT(s);

扩展为

static lc_t s;
s = 0;;

不等同于static lc_t s = 0;，导致代码以非预期的方式运行。

您可以使用static lc_t LC_INIT(s);扩展为static lc_t s = 0;;，但这看起来很有趣。

Contiki OS中的Protothread实现 - 为什么状态变量不是静态的？

2 个答案: