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# 插件系统设计
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v6.0 引入插件系统，允许第三方开发者扩展 ViewDesignEngine 的功能，无需修改核心代码。
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## 目录
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1. [设计目标](#1-设计目标)
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2. [架构概览](#2-架构概览)
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3. [核心组件](#3-核心组件)
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4. [插件开发](#4-插件开发)
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5. [插件加载流程](#5-插件加载流程)
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6. [生命周期管理](#6-生命周期管理)
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7. [清单文件](#7-清单文件)
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8. [安全考虑](#8-安全考虑)
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9. [最佳实践](#9-最佳实践)
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## 1. 设计目标
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| 目标 | 说明 |
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| **零侵入** | 插件不修改核心代码，独立编译 |
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| **动态加载** | 运行时 dlopen 加载，无需重新编译 VDE |
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| **版本兼容** | Manifest 声明版本约束，自动检查兼容性 |
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| **隔离性** | 插件崩溃不影响主程序 |
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| **易开发** | 继承 `PluginInterface` 即可，最少样板代码 |
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## 2. 架构概览
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ Application │
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│ │ │
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│ PluginManager │
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│ ┌──────┴──────┐ │
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│ │ Registry │ │
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│ │ name→Plugin* │ │
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│ └──────┬──────┘ │
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│ ┌───────────────┼───────────────┐ │
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│ │ │ │ │
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│ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ ┌────┴────┐ │
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│ │Plugin A │ │Plugin B │ │Plugin C │ │
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│ │(.so) │ │(.so) │ │(.so) │ │
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│ │IO Format│ │Geometry │ │ Custom │ │
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│ │Exporter │ │Filter │ │ Tool │ │
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│ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ │
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│ │
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│ Plugin Directory: /usr/lib/vde/plugins/ │
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│ ./vde_plugins/ │
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│ $VDE_PLUGIN_PATH │
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└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
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```
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## 3. 核心组件
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### 3.1 PluginInterface（抽象基类）
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所有插件必须实现的接口：
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```cpp
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namespace vde::plugin {
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class PluginInterface {
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public:
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virtual ~PluginInterface() = default;
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/// 插件初始化（加载后调用一次）
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virtual bool initialize() = 0;
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/// 插件清理（卸载前调用一次）
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virtual void shutdown() = 0;
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/// 返回插件清单
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virtual const PluginManifest& manifest() const = 0;
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/// 插件唯一名称（如 "io.export.usdz"）
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virtual const char* name() const = 0;
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/// 插件版本（语义化版本）
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|
virtual const char* version() const = 0;
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|
/// 执行插件功能
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virtual bool execute(const std::string& action,
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|
|
const std::map<std::string, std::string>& params,
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|
|
void* input, void* output) = 0;
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|
};
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|
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|
} // namespace vde::plugin
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|
```
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### 3.2 PluginManifest（插件元数据）
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```cpp
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namespace vde::plugin {
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struct PluginManifest {
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std::string name; ///< 唯一标识符，如 "io.export.usdz"
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|
std::string version; ///< 语义化版本 "1.0.0"
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|
std::string author; ///< 作者信息
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|
std::string description; ///< 功能描述
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std::string license; ///< 许可证 "MIT" / "Apache-2.0"
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|
std::string vde_version_min;///< 最低 VDE 版本 "6.0.0"
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std::string vde_version_max;///< 最高兼容 VDE 版本 (空=无上限)
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/// 插件类型
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enum class Type {
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IO_IMPORT, ///< 格式导入器
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|
|
IO_EXPORT, ///< 格式导出器
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|
|
GEOMETRY_FILTER,///< 几何过滤器
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|
|
CUSTOM_TOOL, ///< 自定义工具
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|
|
OTHER
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|
|
};
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|
Type type = Type::OTHER;
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|
/// 依赖的其他插件名称（可选）
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std::vector<std::string> dependencies;
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/// 从 JSON 文件加载
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static std::optional<PluginManifest> from_file(const std::string& path);
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};
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|
} // namespace vde::plugin
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```
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### 3.3 PluginManager（插件管理器）
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```cpp
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namespace vde::plugin {
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class PluginManager {
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public:
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|
PluginManager();
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|
~PluginManager();
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// 禁止拷贝
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PluginManager(const PluginManager&) = delete;
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PluginManager& operator=(const PluginManager&) = delete;
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/// 从目录加载所有插件
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int load_plugin_dir(const std::string& dir_path);
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/// 加载单个插件（路径到 .so/.dylib/.dll）
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bool load_plugin(const std::string& plugin_path);
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/// 卸载指定插件
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bool unload_plugin(const std::string& name);
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/// 卸载所有插件
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void unload_all();
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/// 获取已加载的插件
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|
PluginInterface* get_plugin(const std::string& name);
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/// 列出所有已加载插件
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|
std::vector<std::string> list_plugins() const;
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/// 检查插件是否已加载
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|
bool is_loaded(const std::string& name) const;
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/// 获取加载错误信息
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|
std::string last_error() const;
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private:
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|
struct Impl;
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|
|
std::unique_ptr<Impl> impl_;
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|
|
};
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} // namespace vde::plugin
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```
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### 3.4 注册/加载函数
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每个插件动态库必须导出以下 C 链接符号：
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```cpp
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// 创建插件实例（必须导出）
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|
extern "C" VDE_PLUGIN_EXPORT vde::plugin::PluginInterface* create_plugin();
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// 销毁插件实例（必须导出）
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|
extern "C" VDE_PLUGIN_EXPORT void destroy_plugin(vde::plugin::PluginInterface* plugin);
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|
// 获取插件清单（可选，优化加载速度）
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|
extern "C" VDE_PLUGIN_EXPORT const vde::plugin::PluginManifest* get_manifest();
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```
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## 4. 插件开发
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### 4.1 最小插件示例
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```cpp
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// my_exporter.cpp
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#include <vde/plugin/plugin_system.h>
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#include <iostream>
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using namespace vde::plugin;
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class MyExporter : public PluginInterface {
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public:
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|
bool initialize() override {
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|
manifest_.name = "io.export.myformat";
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|||
|
|
manifest_.version = "1.0.0";
|
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manifest_.author = "Your Name";
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|
manifest_.description = "Export to MyFormat";
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|
|
manifest_.type = PluginManifest::Type::IO_EXPORT;
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|
|
manifest_.vde_version_min = "6.0.0";
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|||
|
|
return true;
|
|||
|
|
}
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|
|
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|
|
void shutdown() override {
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|
// 清理资源
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|
}
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|
|
const PluginManifest& manifest() const override {
|
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|
|
return manifest_;
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|
|
}
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|
|
const char* name() const override {
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|
|
return manifest_.name.c_str();
|
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|
|
}
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|
|
|
|||
|
|
const char* version() const override {
|
|||
|
|
return manifest_.version.c_str();
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
bool execute(const std::string& action,
|
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|
|
const std::map<std::string, std::string>& params,
|
|||
|
|
void* input, void* output) override {
|
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|
|
if (action == "export") {
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|
|
// 执行导出逻辑
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|
|
return true;
|
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|
|
}
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|
|
return false;
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
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|||
|
|
private:
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|||
|
|
PluginManifest manifest_;
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|
|
};
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|||
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|
// 必需的导出符号
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|
|
extern "C" VDE_PLUGIN_EXPORT PluginInterface* create_plugin() {
|
|||
|
|
return new MyExporter();
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
extern "C" VDE_PLUGIN_EXPORT void destroy_plugin(PluginInterface* plugin) {
|
|||
|
|
delete plugin;
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
```
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|
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|
### 4.2 CMake 构建
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|
```cmake
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|
# CMakeLists.txt for plugin
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|
cmake_minimum_required(VERSION 3.16)
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|
project(my_exporter VERSION 1.0.0)
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|
find_package(ViewDesignEngine REQUIRED)
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add_library(my_exporter SHARED my_exporter.cpp)
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target_link_libraries(my_exporter PRIVATE vde::engine)
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target_include_directories(my_exporter PRIVATE ${VDE_INCLUDE_DIRS})
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|
# 设置输出到插件目录
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|
set_target_properties(my_exporter PROPERTIES
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|
|
LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY "${CMAKE_BINARY_DIR}/plugins"
|
|||
|
|
)
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```
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### 4.3 插件类型
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| 类型 | 枚举值 | 说明 | 示例 |
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|
|
|------|--------|------|------|
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|
|
| 格式导入器 | `IO_IMPORT` | 新增文件格式导入 | USDZ, 3DS, AMF |
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|||
|
|
| 格式导出器 | `IO_EXPORT` | 新增文件格式导出 | USDZ, FBX, X3D |
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|
|
| 几何过滤器 | `GEOMETRY_FILTER` | 几何后处理 | 平滑、简化、重网格 |
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|
|
| 自定义工具 | `CUSTOM_TOOL` | 领域特定工具 | 应力分析、拓扑优化 |
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|
## 5. 插件加载流程
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```
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|
Application::init()
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|
│
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|
|
▼
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|
|
PluginManager::load_plugin_dir("/usr/lib/vde/plugins")
|
|||
|
|
│
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|
|
├── 扫描目录: for each *.so / *.dylib / *.dll
|
|||
|
|
│
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|
|
├── dlopen(plugin_path, RTLD_NOW)
|
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|
|
│ │
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|
|
│ ├── 成功 → 继续
|
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|
|
│ └── 失败 → 记录错误，跳过
|
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|
|
│
|
|||
|
|
├── dlsym(handle, "get_manifest")
|
|||
|
|
│ │
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|
|
│ ├── 找到 → 读取 manifest，检查版本兼容性
|
|||
|
|
│ └── 未找到 → 继续加载（稍后从 initialize 获取）
|
|||
|
|
│
|
|||
|
|
├── dlsym(handle, "create_plugin")
|
|||
|
|
│ │
|
|||
|
|
│ ├── 找到 → PluginInterface* plugin = create_plugin()
|
|||
|
|
│ └── 未找到 → dlclose，跳过
|
|||
|
|
│
|
|||
|
|
├── plugin->initialize()
|
|||
|
|
│ │
|
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|
|
│ ├── 返回 true → 注册到 Registry
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|
|
│ └── 返回 false → destroy_plugin + dlclose
|
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|
|
│
|
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|
|
└── 返回加载成功数量
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|||
|
|
```
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|||
|
|
|
|||
|
|
### 版本兼容性检查
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|
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|
|||
|
|
```cpp
|
|||
|
|
// 伪代码
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|
|
bool is_compatible(const PluginManifest& m, const std::string& vde_version) {
|
|||
|
|
// 检查最小版本
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|
|
if (compare_versions(vde_version, m.vde_version_min) < 0)
|
|||
|
|
return false;
|
|||
|
|
|
|||
|
|
// 检查最大版本（如果指定）
|
|||
|
|
if (!m.vde_version_max.empty() &&
|
|||
|
|
compare_versions(vde_version, m.vde_version_max) > 0)
|
|||
|
|
return false;
|
|||
|
|
|
|||
|
|
return true;
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
|
|||
|
|
## 6. 生命周期管理
|
|||
|
|
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
┌──────────────────────────────────────────────────────────────┐
|
|||
|
|
│ 插件生命周期 │
|
|||
|
|
│ │
|
|||
|
|
│ [编译] → [发现] → [加载] → [初始化] → [运行] → [卸载] │
|
|||
|
|
│ │
|
|||
|
|
│ 编译: 开发者编写代码，构建为 .so/.dylib/.dll │
|
|||
|
|
│ 发现: PluginManager 扫描插件目录 │
|
|||
|
|
│ 加载: dlopen 加载动态库 │
|
|||
|
|
│ 初始化: initialize() 注册功能 │
|
|||
|
|
│ 运行: execute() 被调用 │
|
|||
|
|
│ 卸载: shutdown() + dlclose │
|
|||
|
|
│ │
|
|||
|
|
│ 状态机: │
|
|||
|
|
│ UNLOADED → LOADING → INITIALIZED → RUNNING │
|
|||
|
|
│ ↑ ↓ ↓ │
|
|||
|
|
│ └── ERROR SHUTTING_DOWN → UNLOADED│
|
|||
|
|
└──────────────────────────────────────────────────────────────┘
|
|||
|
|
```
|
|||
|
|
|
|||
|
|
### 状态说明
|
|||
|
|
|
|||
|
|
| 状态 | 说明 |
|
|||
|
|
|------|------|
|
|||
|
|
| `UNLOADED` | 插件未加载或已卸载 |
|
|||
|
|
| `LOADING` | dlopen 成功，正在初始化 |
|
|||
|
|
| `INITIALIZED` | initialize() 完成，等待 execute |
|
|||
|
|
| `RUNNING` | execute() 正在执行中 |
|
|||
|
|
| `SHUTTING_DOWN` | shutdown() 执行中 |
|
|||
|
|
| `ERROR` | 加载或初始化失败 |
|
|||
|
|
|
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|
|
## 7. 清单文件
|
|||
|
|
|
|||
|
|
插件可以在同目录放置 `plugin.json` 描述文件，加快发现速度：
|
|||
|
|
|
|||
|
|
```json
|
|||
|
|
{
|
|||
|
|
"name": "io.export.usdz",
|
|||
|
|
"version": "1.0.0",
|
|||
|
|
"author": "Your Name <email@example.com>",
|
|||
|
|
"description": "Export geometry to USDZ format for Apple AR",
|
|||
|
|
"license": "MIT",
|
|||
|
|
"type": "IO_EXPORT",
|
|||
|
|
"vde_version_min": "6.0.0",
|
|||
|
|
"vde_version_max": "",
|
|||
|
|
"dependencies": [],
|
|||
|
|
"library": "libvde_usdz_export.so",
|
|||
|
|
"entry_points": {
|
|||
|
|
"create": "create_plugin",
|
|||
|
|
"destroy": "destroy_plugin"
|
|||
|
|
}
|
|||
|
|
}
|
|||
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### PluginManager 加载优先级
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1. 如果存在 `plugin.json` → 先读取 JSON 验证兼容性
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2. 兼容 → `dlopen` + `dlsym(create_plugin)`
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3. 不兼容 → 跳过，记录日志
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4. 无 `plugin.json` → 直接 `dlopen` + 尝试 `get_manifest` 符号
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## 8. 安全考虑
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### 8.1 隔离性
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| 措施 | 说明 |
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|------|------|
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| 独立 .so | 每个插件独立动态库 |
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| 崩溃隔离 | 插件 SIGSEGV 不传播到主程序（信号处理器） |
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| 符号可见性 | 插件使用 `-fvisibility=hidden` 隐藏内部符号 |
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| 内存隔离 | 插件通过 PluginInterface 与主程序交互，不直接访问内部数据 |
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### 8.2 信任模型
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│ 插件信任级别 │
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│ L0 内置: VDE 官方维护，完全信任 │
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│ L1 签名: 第三方已签名，受信任 │
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│ L2 社区: 社区插件，有限沙箱 │
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│ L3 未知: 未签名/未知来源，严格沙箱 │
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│ │
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│ L3 限制: │
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│ - 不能访问文件系统（除了输出目录） │
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│ - 不能调用网络 │
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│ - 不能 fork │
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│ - CPU/内存限制 │
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└───────────────────────────────────────┘
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### 8.3 最佳安全实践
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1. **始终验证 manifest 版本兼容性**后再 initialize
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2. **dlopen 使用 `RTLD_NOW | RTLD_LOCAL`** 而非 `RTLD_LAZY | RTLD_GLOBAL`
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3. **设置超时**：execute() 调用应有超时机制
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4. **资源限制**：通过 cgroups/Docker 限制插件资源
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5. **日志审计**：记录所有插件加载/卸载/执行事件
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## 9. 最佳实践
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### 9.1 插件开发建议
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- ✅ 插件尽量无状态，每次 execute 独立
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- ✅ 用 manifest 声明清晰的功能范围
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- ✅ 支持版本协商（`vde_version_min` / `vde_version_max`）
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- ✅ 提供详细的错误信息（通过返回值 + 日志）
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- ✅ 清理所有资源在 shutdown() 中
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- ❌ 不要在 initialize() 中做耗时操作
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- ❌ 不要依赖全局可变状态
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- ❌ 不要修改 VDE 核心数据结构
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### 9.2 插件命名规范
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格式: <category>.<subcategory>.<name>
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示例:
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- io.import.fbx # FBX 格式导入
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- io.export.usdz # USDZ 格式导出
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- geometry.smooth.laplacian # Laplacian 平滑
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- tool.analysis.stress # 应力分析工具
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### 9.3 使用示例
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```cpp
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#include <vde/plugin/plugin_system.h>
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int main() {
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vde::plugin::PluginManager mgr;
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// 加载所有插件
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int count = mgr.load_plugin_dir("/usr/lib/vde/plugins");
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std::cout << "Loaded " << count << " plugins\n";
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// 列出已加载插件
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for (auto& name : mgr.list_plugins()) {
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std::cout << " - " << name << "\n";
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}
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// 使用特定插件
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|
auto* exporter = mgr.get_plugin("io.export.gltf");
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if (exporter) {
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std::map<std::string, std::string> params;
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params["path"] = "output.glb";
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params["binary"] = "true";
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void* mesh_data = /* ... */;
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bool ok = exporter->execute("export", params, mesh_data, nullptr);
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}
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// 卸载
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mgr.unload_all();
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return 0;
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}
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## 附录: 平台差异
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| 操作 | Linux | macOS | Windows |
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|------|-------|-------|---------|
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| 动态库后缀 | `.so` | `.dylib` | `.dll` |
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| 加载函数 | `dlopen` | `dlopen` | `LoadLibraryA` |
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| 符号解析 | `dlsym` | `dlsym` | `GetProcAddress` |
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| 卸载函数 | `dlclose` | `dlclose` | `FreeLibrary` |
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|
| 错误信息 | `dlerror()` | `dlerror()` | `GetLastError()` |
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| 链接库 | `-ldl` | (内置) | `kernel32.lib` |
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| 可见性宏 | `__attribute__((visibility("default")))` | 同 Linux | `__declspec(dllexport)` |
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