Pattern

PIMPL 是 C++ 中最经典的编译隔离手段，但教科书只展示了 unique_ptr 一种实现。本文对比三种 C++14 兼容的 PIMPL 实现 – Heap PIMPL、Fast PIMPL (栈内联)、函数指针表 PIMPL – 从编译隔离、运行时成本、缓存友好性三个维度量化分析，给出不同场景的选型依据。

筛选标准: 只保留 C11 在语言层面无法实现的能力。从类型安全、编译期计算、内存安全、类型分发四个维度，逐项对比 C++17 与 C11 的语言级差异，附完整代码对比。

std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 在桌面开发中是安全的默认选择，但在嵌入式实时系统中会引入原子引用计数开销、堆碎片化、不确定延迟和竞态条件等问题。本文从一个 weak_ptr 竞态 bug 出发，系统分析智能指针在嵌入式场景的五个根本陷阱，并展示 newosp C++17 基础设施库如何用 ObjectPool、FixedFunction、ScopeGuard 和 expected 实现零堆分配的确定性内存管理。

传统设计模式依赖虚函数和动态分配，在嵌入式系统中代价过高。本文基于 newosp 库的真实代码，展示 8 种编译期设计模式的实现：类型擦除替代 std::function、ScopeGuard 替代虚析构、if constexpr 编译期分发、Tag Dispatch 构造控制、强类型包装、Pub/Sub 零堆回调、Visitor 直接分发、以及 CRTP 编译期 Handler 绑定。所有模式在 -fno-exceptions -fno-rtti 下可用，热路径零堆分配。

结合 MISRA C++ 规范和 newosp 工程实践，系统阐述如何利用 C++17 模板技术实现编译期分发，在保持代码灵活性的同时消除虚函数的性能损耗。实测显示编译期分发相比回调模式有 15 倍性能提升，相比虚函数分发开销降低 95% 以上。

在没有面向对象语法的 C 语言中，策略模式和状态模式都通过函数指针表 (vtable) 模拟多态，代码结构几乎一致。本文从设计意图出发，用通用示例 (传感器滤波、通信协议状态机) 剖析二者的本质差异，并展示它们在同一系统中的协作方式。

以 state_machine 框架的重构为案例，展示如何将一个过程驱动的 C 语言状态机改造为数据驱动的层次状态机 (HSM)。涵盖转换表替代 switch-case、LCA 算法消除递归、用户缓冲区替代内部分配、守卫条件与内外转换区分等关键改造点，附完整数据结构和 API 设计。

面向对象编程（OOP）以其强大的封装、继承和多态特性，成为构建复杂系统的关键范式。然而，在研读 Nginx 和 Linux 内核等高性能 C 语言项目源码时，可以观察到一个显著现象：尽管 C 语言原生不支持 OOP，但其设计架构中却深刻体现了面向对象的思想精髓。