哈喽，各位好！ 今天我们来聊聊C++17引入的一个非常酷炫的特性：template <auto>，也就是非类型模板参数的更灵活的用法。这玩意儿让模板编程一下子变得更强大、更方便，也更…嗯…更符合直觉了。 从前的日子：硬编码的痛苦 在C++17之前，我们定义非类型模板参数的时候，那叫一个痛苦。必须明确指定参数的类型，比如： template <int N> struct MyArray { int data[N]; }; int main() { MyArray<10> arr; // 必须明确指定大小 return 0; } 看起来好像也没什么大不了的，但问题来了： 类型限制： 只能是整型、枚举、指针等少数几种类型。想用double做大小？对不起，不行。 必须明确指定： 每次使用模板都得手动写死参数值，稍微改一下数值，整个代码都得跟着改。想想都头疼。 这就像让你买衣服，只能买固定尺码，颜色也只能选黑白灰，稍微想要点个性化，就直接被扼杀在摇篮里了。 template <auto>：解放生产力！ C++17引入的template <au …
C++ 类型擦除（Type Erasure）的编译时实现：不依赖虚函数的多态
哈喽，各位好！今天咱们来聊聊C++里一个挺有意思的话题：类型擦除的编译时实现，而且是不依赖虚函数的那种。这玩意儿听起来高大上，其实说白了，就是一种实现多态的方式，但它不走寻常路，不用虚函数，而是靠模板和一些编译时的技巧来搞定。 1. 啥是类型擦除？为啥要用它？ 先来简单说说类型擦除的概念。想象一下，你有一个函数，希望它可以处理不同类型的对象，但这些对象都提供类似的功能。比如，你有个“画图”的函数，能画圆形、矩形，甚至是自定义的形状。通常，我们会用虚函数来实现多态，定义一个基类，然后让圆形、矩形继承这个基类，再重写虚函数。 但是！虚函数是有开销的，每次调用都要查虚函数表，这在性能敏感的场景下可能不太划算。而且，如果你的类型（比如圆形）不是你设计的，而是来自第三方库，你可能没法让它继承你的基类。 这时候，类型擦除就派上用场了。它允许你把不同类型的对象，包装成一个统一的接口，隐藏掉底层的具体类型。这样，你的函数就能处理这些对象，而不用关心它们到底是什么类型。 2. 编译时类型擦除：不用虚函数也能飞 重点来了，咱们要讲的是编译时的类型擦除。这意味着，类型擦除的逻辑在编译期间就确定好了，运行时不 …
C++ `metaprogramming` 中的惰性求值与急切求值：优化编译时间
哈喽，各位好！ 今天咱们来聊聊C++元编程里的两个好朋友，一个叫“懒惰虫”——惰性求值，另一个叫“急性子”——急切求值。 这俩哥们在优化编译时间上可是有两把刷子的，用好了能让你的代码编译速度嗖嗖的。 什么是元编程？ 在深入之前，先简单回顾一下元编程。 简单来说，元编程就是在编译时执行的代码，它能生成或者操作其他代码。C++的模板就是元编程的利器。 急切求值（Eager Evaluation） “急性子”急切求值，顾名思义，就是迫不及待地想把事情做完。 在元编程中，这意味着编译器会立即计算模板表达式的结果，不管你是否真正需要它。 示例： template <int N> struct Factorial { static constexpr int value = N * Factorial<N – 1>::value; }; template <> struct Factorial<0> { static constexpr int value = 1; }; int main() { constexpr int result = Fac …
C++ `constexpr` `std::string` / `std::vector`：编译期字符串与容器操作 (C++20)
哈喽，各位好！今天咱们来聊聊C++20里那些constexpr骚操作，尤其是怎么在编译期玩转std::string和std::vector。这玩意儿听起来挺高大上，但其实一旦掌握了，能让你的代码跑得飞起，还能提前发现一堆bug。 开场白：constexpr是什么鬼？ 首先，咱们得搞清楚constexpr是个什么东西。简单来说，constexpr就是告诉编译器：“哥们儿，这个函数（或者变量）你给我老老实实在编译期算出来！别等到运行的时候再磨磨唧唧的。” 这样做的好处可多了： 性能提升： 编译期就算好了，运行的时候直接用，速度当然快。 编译期检查： 很多错误可以在编译期就发现，不用等到上线了才炸。 模板元编程： 配合模板，能玩出更多花样，实现一些神奇的功能。 constexpr std::string：字符串的编译期魔术 在C++11/14/17的时候，std::string想成为constexpr，那简直是难于上青天。但是C++20给了我们希望！虽然不是所有的std::string操作都能在编译期完成，但至少我们能做一些有意思的事情了。 限制： 动态内存分配：std::string底层是 …
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C++ `CAP_NET_RAW` 与原始套接字：构建自定义网络协议栈
哈喽，各位好！今天咱们来聊聊C++和CAP_NET_RAW权限，以及它们是如何一起帮助我们构建自定义网络协议栈的。这听起来可能有点吓人，但别担心，我会尽量用最通俗易懂的方式，再加上一些代码示例，让大家明白其中的原理。 什么是原始套接字？ 首先，我们需要了解什么是原始套接字（Raw Socket）。 想象一下，普通的TCP/UDP套接字就像是快递公司，你把你的数据（包裹）交给它，它会帮你打包、贴标签、运输，最终送到目的地。你不需要关心底层的具体细节，比如地址的编码、校验和的计算、拥塞控制等等。 而原始套接字就像是自己开卡车送货。 你需要自己负责所有的事情：自己打包数据，自己贴标签（设置IP头、TCP/UDP头），自己计算校验和，自己选择路线（路由），甚至自己处理交通堵塞（拥塞控制）。 更具体地说，原始套接字允许我们直接访问网络层（IP层）或者传输层（TCP/UDP层）以下的数据。 我们可以发送和接收未经内核协议栈处理的原始IP数据包，或者自定义TCP/UDP头部的报文。 为什么要使用原始套接字？ 既然自己送货这么麻烦，为什么还要使用原始套接字呢？ 原因有很多： 协议分析和调试: 你可以捕 …
C++ `cgroups` / `namespaces`：资源隔离与容器技术底层原理
哈喽，各位好！ 今天咱们来聊聊C++ cgroups 和 namespaces，这两个听起来有点高大上的家伙，其实是资源隔离和容器技术的底层基石。说白了，它们就是让你的程序在一个“小房子”里安全、独立地玩耍，互不干扰。 一、为啥要资源隔离？ 想象一下，你和你的室友合租一套房子。如果你室友疯狂下载电影，把带宽占满了，你还怎么愉快地刷抖音？ 如果你的室友写了个死循环程序，把CPU占满了，你还怎么快乐地敲代码？ 资源隔离就是为了解决这个问题。它把CPU、内存、网络、IO等资源划分成一个个“小块”，分配给不同的进程或者进程组。这样，即使某个进程“作妖”，也不会影响到其他进程。 二、cgroups：资源的“包工头” cgroups (Control Groups) 就像一个资源“包工头”，负责管理和限制资源的分配。它可以限制进程使用的CPU时间、内存大小、IO带宽等等。 1. cgroups 的组织结构： cgroups 采用的是树状结构。根节点是root cgroup，所有其他的cgroups 都是它的子节点。每个cgroup 可以包含多个进程，并且可以继承父cgroup 的资源限制。 2. …
C++ SMAP / SMEP (Supervisor Mode Access Prevention)：CPU 安全特性与攻击防御
哈喽，各位好！今天咱们来聊聊 C++ 里那些“硬核”的安全特性，特别是 SMAP 和 SMEP。别被这些缩写吓到，其实它们就像电脑里的“保镖”，专门防着坏人入侵核心区域。 咱们先来热个身，想象一下你的电脑是个城堡，CPU 是国王，内核（Kernel）是国王的寝宫，用户程序是来访的使臣。正常情况下，使臣只能在城堡外活动，不能随便进寝宫。但总有些心怀不轨的使臣，想方设法溜进寝宫搞破坏。SMAP 和 SMEP 就是用来阻止这些“不轨使臣”的。 一、啥是 SMAP 和 SMEP？ 简单来说： SMAP (Supervisor Mode Access Prevention)： 防止内核（寝宫）直接访问用户空间（城堡外）的数据。就像国王规定，自己不能随便拿使臣的东西。 SMEP (Supervisor Mode Execution Prevention)： 防止内核（寝宫）执行用户空间（城堡外）的代码。就像国王规定，不能听信使臣的谗言，按他们写的剧本演戏。 这两个特性都是 CPU 级别的，需要硬件支持才能生效。它们能有效防御一些常见的攻击手段，比如： ROP (Return-Oriented Pr …
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C++ `vfio` / `uio`：用户态驱动开发与设备直接访问
哈喽，各位好！今天咱们聊聊C++里那些“不正经”的驱动开发方式：vfio和uio，让你们感受一下用户态直接操控硬件的快感（和痛苦）。 一、开场白：为啥要这么折腾？ 你是不是觉得驱动就该是内核大佬们的事情？咱普通程序员就该老老实实写应用？嗯，理论上是这样。但有时候，你就是想搞点“特别”的，比如： 性能控： 内核那一层层抽象和安全检查，总是让你觉得慢？想绕过它们，直接和硬件对话，榨干每一滴性能？ 调试狂： 内核调试？那画面太美我不敢看。用户态调试器，GDB、LLDB随便用，岂不美哉？ 作死爱好者： 就是想体验一下“手搓”硬件的乐趣，感受一下把系统搞崩的快感（误）。 如果以上任何一条戳中了你，那么vfio和uio就是为你准备的“毒药”。 二、uio：简单粗暴的入门 uio（Userspace I/O）是“用户态I/O”的简称，听名字就知道，它是让你在用户态搞I/O的。它的原理非常简单： 内核模块： 提供一个简单的内核模块，负责把硬件资源（中断、内存区域）暴露给用户空间。 设备文件： 创建一个设备文件（通常在/dev/uioX），用户空间通过读写这个文件来和硬件交互。 优点： 简单，容易上手。 …
C++ 裸机编程：脱离操作系统直接与硬件交互
哈喽，各位好！欢迎来到“C++ 裸机编程：直接跟硬件唠嗑”的讲座。今天咱们不搞那些花里胡哨的框架，直接撸起袖子，用C++跟硬件“亲密接触”，聊聊裸机编程那些事儿。 啥是裸机编程？ 简单来说，就是你的C++代码不运行在操作系统之上，而是直接跑在硬件上。就像原始人直接用石头砸坚果，没有开瓶器、没有核桃夹子，简单粗暴。 操作系统: 就像一个大管家，帮你管理硬件资源，分配内存，处理中断等等。 裸机编程: 你就是那个管家，所有事情都得自己来。 为啥要裸机编程？ 可能你会问，现在操作系统这么发达，为啥还要费劲搞裸机？原因很简单： 极致性能: 没有操作系统的开销，运行速度嗖嗖的，对于实时性要求高的应用（比如无人机、机器人、嵌入式系统），裸机编程是首选。 完全掌控: 你可以完全控制硬件，想怎么玩就怎么玩，不受操作系统限制。 深入理解硬件: 逼着你去了解硬件的底层细节，绝对让你变成硬件专家。 体积小巧: 不需要庞大的操作系统，代码体积可以很小，适合资源受限的设备。 裸机编程的“装备” 要玩裸机编程，你需要一些“装备”： 硬件平台: 比如STM32开发板、树莓派 Pico等等。选择哪个取决于你的项目需求。 …
C++ 自定义系统调用：在 Linux 内核中添加新的系统调用接口
哈喽，各位好！今天咱们来聊点刺激的，聊聊怎么自己动手，在 Linux 内核里加个系统调用。这事儿听起来高大上，但只要你跟着我的节奏，保证你也能玩转内核，体会一把当“上帝”的感觉。 什么是系统调用？ 先别急着动手，咱们得先搞清楚啥是系统调用。简单来说，系统调用就是用户程序和内核之间的桥梁。你写的程序想读个文件、发个网络包，都得通过系统调用告诉内核：“老大哥，帮帮忙！”。 你可以把内核想象成一个非常严格的管家，你不能直接闯进它的地盘（内核空间），只能通过特定的“呼叫”方式（系统调用）来请求服务。 为什么要自定义系统调用？ 你可能会问：“现成的系统调用不够用吗？干嘛要自己造轮子？”问得好！ 学习内核机制： 这是最好的学习内核工作原理的方式，能让你对操作系统的理解更上一层楼。 特定需求： 有时候，你可能需要一些内核才能提供的功能，但又不想修改现有系统调用的行为，这时候自定义系统调用就派上用场了。 实验和研究： 对于研究操作系统或者进行一些底层实验来说，自定义系统调用提供了极大的灵活性。 装逼： 咳咳，好吧，我承认，能自己改内核，确实挺酷的。 准备工作 在开始之前，你需要准备以下东西： Linu …