LCM 应用代码与实现详解

在开发高带宽、低延时的近实时系统时，选择合适的消息传递和数据编组工具至关重要。LCM（Lightweight Communications and Marshalling）作为一套出自MIT DARPA Urban Challenge Team的工具，因其轻量级和高可读性的代码而备受推崇。本文将深入探讨LCM应用代码的实现细节、语法解析、以及C++代码生成过程，帮助读者更好地理解和应用LCM。

LCM Type Language 的定义与作用

LCM通过LCM Type Language来定义要传递的数据，这一语言的设计极大程度上简化了数据的序列化和反序列化过程。LCM Type Language支持多种主流编程语言，并允许使用类似C语言的语法定义结构体和枚举类型。每个类型都会生成一个哈希值，用于反序列化时的类型检查，这是LCM Type Language的一个重要特点。

结构体和枚举类型的支持

在LCM Type Language中，支持定义两种主要的数据结构：结构体（struct）和枚举类型（enum）。结构体成员变量支持基本类型、固定数组和可变长数组，以及常量。这些定义将通过自动生成工具转化为各编程语言的代码文件。枚举类型则主要用于定义一组相关的常量值，通过名字和值的映射，方便数据的组织和管理。

LCM 源代码的分词过程

分词是LCM源代码解析的第一步。LCM的分词模块负责将LCM文件中的字符串进行分词，它不涉及语法判断，仅仅是将输入的字符串分解为可识别的token。

分词种类与代码实现

分词种类包括单字符token、字符串常量、注释以及连续的运算符等。其核心代码逻辑在于tokenize_next_internal函数。该函数通过以下步骤实现分词：

忽略空白符。
判断并生成字符常量的token。
判断并生成字符串常量的token。
判断并生成连续运算符的token。
判断并生成注释的token。
判断并生成alpha-numeric字符串的token。

对于输入字符串如abc;'e' "string"/*comment*/ 3.14=+==123，它会被分词为多个token，便于后续的解析操作。

语法解析与实体解析

LCM的语法解析模块把分词得到的token转换为可理解的编程语言结构。通过递归下降分析法，LCM解析器能够识别并解析包（package）、结构体（struct）、枚举类型（enum）三种实体。

Package 实体的解析

package实体解析相对简单，不涉及复杂的数据结构。解析过程中会检查token是否为package关键字，并获取后续的package名。需要注意的是，解析过程中会忽略所有注释token，并且对package名的合法性不做检查。

Enum实体解析的特点

enum实体解析的核心在于识别枚举值及其可能的初始化值。未初始化的枚举值会自动被赋予当前最大值加一。解析时只考虑枚举类型的名字，这样可以方便地添加新的枚举值而不影响哈希值。

LCM 的 C++ 代码生成

C++代码生成是LCM工具的一大亮点。代码生成模块根据解析结果生成具体的C++代码，帮助开发者快速实现数据的序列化和反序列化。

生成头文件与代码结构

LCM为每个结构体生成独立的头文件，路径由结构体所在的package决定。头文件通常包含必要的C++库（如<vector>和<string>），并声明结构体的成员变量和相关函数。

// LCM生成的C++头文件示例
#include 
#include 

namespace myspace {
namespace types {

class temperature_t {
public:
    std::string str;
    int64_t utime;
    std::vector foo;
    // ...

    inline int encode(void* buf, int offset, int maxlen) const;
    inline int decode(const void* buf, int offset, int maxlen);
    inline int getEncodedSize() const;
    inline static int64_t getHash();
};

}
}