Murilo :P

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Archive for August 2009

C++: Uma introdução a Threads com boost::thread

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boostPara quem ainda não conhece, Boost é um conjunto de bibliotecas C++ multiplataforma que trabalha bem com a STL e é muito bem aceita na comunidade. Já existem dez bibliotecas Boost incluídas no C++ TR1 e que estarão no C++0x além de muitas outras que estarão no C++0x e que atualmente não estão no TR1.

Para instalar o boost siga esse Getting Started.

Fazer threads com boost::thread é muito simples. Basta criar uma função ou um functor e passar pro construtor da classe boost::thread:

class functor
{
public: void operator()() {};
};

functor::operator()()
{
	/* content */
}

void function()
{
	/* content */
}

functor obj;
boost::thread tObj(obj); //passa uma cópia de obj
boost::thread tObjRef(boost::ref(obj)); //passa uma referência para obj
boost::thread tFunc(&funcao);

// aguarda a finalização das threads
tObj.join();
tObjRef.join();
tFunc.join();

//ou pode-se criar grupos de threads

boost::thread_group my_threads;
my_threads.create_thread(obj);
my_threads.create_thread(boost::ref(obj));
my_threads.create_thread(&function);

my_threads.join_all(); // aguarda o grupo de threads retornar

Para ilustrar como funciona, fiz dois programinhas simples:

cin.cpp

#include <iostream>
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/xtime.hpp>

//determina se o usuário já entrou com o número
bool flag = false;

struct in
{
	int n;

	in() : n(0) {};

	void operator()()
	{
		//try to read the number
		while (!(std::cin >> n)) {
			std::cin.clear();
			std::cin.ignore(10000, '\n');

			std::cout << "Enter a valid number" << std::endl;
		}
		
		flag = true;
	}

};

void my_alarm()
{
	while (!flag) {
		//shows the message
		std::cout << "Enter a number" << std::endl;
		
		boost::xtime time;
		boost::xtime_get(&time, boost::TIME_UTC); //current time

		time.sec += 5; //adds 5 secs to time
		//sleep 5 secs
		boost::thread::sleep(time);
	}

	//exiting function
	std::cout << "Alarm finished" << std::endl;
}

int main()
{
	in test;
	
	//create the two threads
	boost::thread tin(boost::ref(test));
	boost::thread tal(&my_alarm);

	// wait
	tin.join();
	tal.join();

	//show the user's number
	std::cout << "Ok " << test.n << std::endl;
	
	return 0;
}

Esse programa é composto por duas threads (fora o fluxo principal) uma que é responsável por fazer a leitura de um número e a outra que fica a cada 5 segundos mostrando uma mensagem “Enter a number” enquanto o usuário não digitar um número válido. Quando o usuário digita um número válido, a flag é setada e os loops das duas threads são finalizados. Finalmente quando as duas threads são finalizadas, o fluxo normal de main() é reestabelecido e é mostrado o número digitado pelo usuário.

Lembrando que para usar boost::thread é necessário “linkar” a biblioteca ao programa. No caso do Linux é necessário linkar também a biblietca pthread em Windows “linkar” a win32api. No meu caso preferi usar linkagem estática.

murilo@blacksheep:~/programacao/boost$ g++ cin.cpp libboost_thread-gcc43-mt-1_39.a -o cin -lpthread
murilo@blacksheep:~/programacao/boost$ ./cin
Enter a number
Enter a number
naoehumnumero
Enter a valid number
Enter a number
4
Alarm finished
Ok 4

O outro exempo que fiz é um programinha que faz a multiplicação de duas matrizes e “simultaneamente” (depende de processador e SO) mostra uma barra de progresso com o progresso da operação.

multiplica.cpp

#include <iostream>
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <boost/thread/xtime.hpp>

const int MAX = 1000;

int A[MAX][MAX];
int B[MAX][MAX];
int C[MAX][MAX];

int porcentagem = 0;

void multiplica()
{
	int soma;	
	
	for (int i = 0; i < MAX; i++) {
		for (int j = 0; j < MAX; j++) {
			soma = 0;
			for (int k = 0; k < MAX; k++) {
				soma += A[i][k] * B[k][j];
			}
			
			C[i][j] = soma;			
		}
		if (i % 10 == 0) porcentagem++;
	}
}

void barra_de_progresso()
{
	int atual = 0;
	while (porcentagem != 100) {
		if (atual != porcentagem) {
			if (porcentagem % 10 == 0) {
				std::cout << "\b\b" << porcentagem << '%';
			}
			else std::cout << '=' << std::flush;
			
			atual++;
		}
	}
}

int main()
{
	boost::thread tMultiplica(&multiplica);
	boost::thread tProgresso(&barra_de_progresso);
	
	boost::xtime inicio, fim;
	boost::xtime_get(&inicio, boost::TIME_UTC);
	
	std::cout << "Iniciando a multiplicação de matrizes" << std::endl;
	
	tMultiplica.join();
	tProgresso.join();
	
	boost::xtime_get(&fim, boost::TIME_UTC);
	
	std::cout << "\n\nProcesso terminado em " << 
		(fim.sec - inicio.sec) << " segundos" << std::endl;
	
	return 0;	
}

Saída:

murilo@blacksheep:~/programacao/boost/thr$ g++ multiplica.cpp libboost_thread-gcc43-mt-1_39.a -lpthread -o multiplica
murilo@blacksheep:~/programacao/boost/thr$ ./multiplica
Iniciando a multiplicação de matrizes
=======10%=======20%=======30%=======40%=======50%=======60%=======70%=======80%=======90%=======100%

Processo terminado em 43 segundos

Claro que o que menos nos importa nesse momento é o valor das matrizes e a multiplicação em si, por isso nem me dei ao trabalho de inicializar as matrizes nem de fazer nada com a matriz resultante.

Acredito que para uma introdução está bom e deu pra mostrar como é fazer programas com boost::thread com esses simples exemplos. Mais exemplos você pode encontrar na pasta libs do boost.

Links:

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Written by Murilo Adriano

6 de August de 2009 at 18:06

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Como programar em C Orientado a Objetos

with 14 comments

Olá, hoje eu vou dar um tempo na série “Coisas simples de se fazer em C++ que alguns ainda complicam” e irei falar sobre uma experiência minha tentando alguma maneira de programar em C orientado a objetos.

Sei que muitos vão pensar “pra quê isso?” ou dizer que é péssimo fazer isso ou coisa parecida, mas o intuito desse post é outro: é mostrar o que é possível fazer ou até mesmo enxergar alguma utilidade nisso. Nesse blog, procuro colocar coisas diferentes, curiosidades sobre programação e linguagens, porque acho que conteúdo “normal” já existem em muitos lugares na grande rede.

O que me instigou a fazer isso foi um post no CODARE “C: Escondendo o conteúdo de structs com tipos incompletos” de autoria do Thiago Santos, no qual ele cita sobre usar com orientação a objetos em C.

Li, achei interessante e quis, vamos dizer assim, dar um cara mais parecida de orientação a objetos ao que ele fez.

O primeiro passo foi pensar em como funcionam os famosos objetos.
Uma classe em uma linguagem orientada a objetos geralmente tem 2 tipos de elementos:

  • Elementos de classe: elementos (funções e variáveis estáticas) que só são criados uma vez, todos os objetos da classe tem acesso ao mesmo elemento.
  • Elementos de instância (ou objeto): elementos (atributos) que são criadas para cada objeto instanciado.

Ou seja:

class Animal
{
        int age;
        std::string specie;
        static int count;
public:
        int birthday();
};

No exemplo acima, age e specie são elementos de instância, ou seja, cada objeto têm o seus próprios. Já count e birthday() são de classe, pois todos os objetos dessa classe utilizarão o mesmo. O que ocorre no caso de funções é que na chamada da função, um ponteiro do objeto chamador é passado para a função. Isso faz com que não precise a cada instância de objeto criar uma nova função já que elas fazem a mesma coisa.

Algo como:

Animal animal, animal2;

//lembrando que é APENAS uma ilustração do que acontece
//não é assim que é realmente implementado mas é a mesma idéia
//uma função só para todos os objetos de uma classe

animal.birthday(); //vtable::animal::birthday(&animal);
animal2.birthday(); //vtable::animal::birthday(&animal2);

A função birthday() é a mesma para as duas chamadas, o que muda é o ponteiro para os dados de cada objeto.

A minha implementação seguiu a idéia do Thiago Santos: uma classe person que tem os atributos name e age funções para instanciar, imprimir o nome e idade e deletar o objeto.

Vamos então dar uma olhada no nosso headerperson.h:

#ifndef PERSON_H__
#define PERSON_H__

//Incomplete type declaration
typedef struct person_private person_private;

typedef struct person {
	//"private" data.
	person_private* data;

	//"class" functions
	void (*free)();
	void (*print)();
} person;

//instatiate a new person
person* new_person(const char*, int);

//pointer to the actual person in the context
person* __actual_person;

//sets the actual person
person* _(person* obj);

#endif

Nosso header contém a declaração incompleta de person_private leia aqui para saber o porquê, a definição da nossa “classe” person, as declarações das funções new_person() e _() e um ponteiro __actual_person.

Nossa “classe” person contém um ponteiro data para os dados que não poderão ser acessíveis através do objeto (name, age) além de ponteiros para funções (que serão nossos “métodos”).

A função new_person simplesmente instancia um objeto do tipo person.

O ponteiro __actual_person irá funcionar como o ponteiro passado para as funções de classe. Através do ponteiro saberemos qual objeto chamou a função.

A função _() seta o ponteiro __actual_person para que as funções sejam corretamente chamadas. Nota: não é thread safe. (hehehe)

Vamos ao nosso person.c:

#include "person.h"
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

//private data... visible only by the functions below
struct person_private
{
	char* name;
	int age;
};

//a "manual destructor"
void free_person()
{
	free(__actual_person->data->name);
	free(__actual_person->data);
	free(__actual_person);
       
        puts("Person sucessfuly freed!\nBye");
}

//prints 
void print_person()
{
	printf("%s -: %d\n", __actual_person->data->name,
		 __actual_person->data->age);
}

person* new_person(const char* name, int age)
{

	//Allocate the object	
	person* new = (person*)malloc(sizeof(person));
	new->data = (person_private*)malloc(sizeof(person_private));
	
	//Initialize the data
	new->data->name = (char*)malloc(strlen(name) * sizeof(char) + 1);
	strcpy(new->data->name, name);

	new->data->age = age;

	//Set the functions pointers
	new->print = print_person;
	new->free = free_person;
	
	return new;
}

//must call the objects with this function
person* _(person* obj)
{
	__actual_person = obj;
	return obj;
}

O que temos aí é a função _() que seta o objeto atual (__actual_person) para que possa ser utilizado a função com o objeto certo, a função new_person que funciona como nosso construtor, as outras duas funções que são os “métodos da classe” print e free e a definição da estrutura person_private que contém os atributos da classe.
Os comentários ajudam no resto :).

Vamos então ver o main.c que é o nosso teste:

#include <stdio.h>
#include "person.h"

int main()
{
	//Instantiates 2 persons
	person* person1 = new_person("Murilo", 21);
	person* person2 = new_person("Rovane", 47);
	
	//print
	_(person1)->print();
	_(person2)->print();
	
	//free
	_(person1)->free();
	_(person2)->free();
}

Eis o resultado:

murilo@blacksheep:~/programacao/cobject$ gcc main.c person.c
murilo@blacksheep:~/programacao/cobject$ ./a.out
Murilo -: 21
Rovane -: 47
Person sucessfuly freed!
Bye
Person sucessfuly freed!
Bye

Nota: deve-se usar sempre a função _() para utilizar o objeto.

Fiquei pensando se tem como fazer uma espécie de gerador de classes nesse formato no próprio C (com macros por exemplo). Vou procurar saber se existe algo a respeito, são 04h40min da mardugada não estou mais com boas idéias.

Qualquer sugestão, bug, idéia, reclamação, estamos aí!

Written by Murilo Adriano

5 de August de 2009 at 04:50

Posted in C/C++, Programação

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