FFmpeg 是如何实现多态的？

文章由LinuxBoy分享于2019-08-23 10:08:44热评（625）

FFmpeg 是如何实现多态的？

前言

众所周知，FFmpeg 在解码的时候，无论输入文件是 MP4 文件还是 FLV 文件，或者其它文件格式，都能正确解封装、解码，而代码不需要针对不同的格式做出任何改变，这是面向对象中很常见的多态特性，但 FFmpeg 是用 C 语言编写的，那么它是如何使用 C 语言实现了多态特性的呢？

要解决这个问题，首先需要从函数 av_register_all 说起。

av_register_all
av_register_all 是几乎所有 FFmpeg 程序中第一个被调用的函数，用于注册在编译 FFmpeg 时设置了 --enable 选项的封装器、解封装器、编码器、解码器等。源码如下：

#define REGISTER_MUXER(X, x) \
{ \
extern AVOutputFormat ff_##x##_muxer; \
if (CONFIG_##X##_MUXER) \
av_register_output_format(&ff_##x##_muxer); \
}

#define REGISTER_DEMUXER(X, x) \
{ \
extern AVInputFormat ff_##x##_demuxer; \
if (CONFIG_##X##_DEMUXER) \
av_register_input_format(&ff_##x##_demuxer); \
}

#define REGISTER_MUXDEMUX(X, x) REGISTER_MUXER(X, x); REGISTER_DEMUXER(X, x)

static void register_all(void)
{
// 注册编解码器
avcodec_register_all();

// 注册封装器、解封装器
/* (de)muxers */
REGISTER_MUXER (A64, a64);
REGISTER_DEMUXER (AA, aa);
REGISTER_DEMUXER (AAC, aac);
REGISTER_MUXDEMUX(AC3, ac3);
REGISTER_MUXDEMUX(FLV, flv);
REGISTER_MUXDEMUX(GIF, gif);
...

/* image demuxers */
REGISTER_DEMUXER (IMAGE_BMP_PIPE, image_bmp_pipe);
REGISTER_DEMUXER (IMAGE_JPEG_PIPE, image_jpeg_pipe);
REGISTER_DEMUXER (IMAGE_SVG_PIPE, image_svg_pipe);
REGISTER_DEMUXER (IMAGE_WEBP_PIPE, image_webp_pipe);
REGISTER_DEMUXER (IMAGE_PNG_PIPE, image_png_pipe);
...

/* external libraries */
REGISTER_MUXER (CHROMAPRINT, chromaprint);
...
}

void av_register_all(void)
{
static AVOnce control = AV_ONCE_INIT;

ff_thread_once(&control, register_all);
}

define 里的 ## 用于拼接两个字符串，比如 REGISTER_DEMUXER(AAC, aac) ，它等效于：
extern AVInputFormat ff_aac_demuxer;
if(CONFIG_AAC_DEMUXER) av_register_input_format(&ff_aac_demuxer);

可以看出，编译 ffmpeg 时类似于 “–enable-muxer=xxx” 这样的选项在此时发挥了作用，它决定是否注册某个格式对应的(解)封装器，以便之后处理该格式的时候找到这个(解)封装器。

av_register_input_format
av_register_input_format、av_register_output_format 源码如下：
/** head of registered input format linked list */
static AVInputFormat *first_iformat = NULL;
/** head of registered output format linked list */
static AVOutputFormat *first_oformat = NULL;

static AVInputFormat **last_iformat = &first_iformat;
static AVOutputFormat **last_oformat = &first_oformat;

void av_register_input_format(AVInputFormat *format)
{
AVInputFormat **p = last_iformat;

// Note, format could be added after the first 2 checks but that implies that *p is no longer NULL
while(p != &format->next && !format->next && avpriv_atomic_ptr_cas((void * volatile *)p, NULL, format))
p = &(*p)->next;

if (!format->next)
last_iformat = &format->next;
}

void av_register_output_format(AVOutputFormat *format)
{
AVOutputFormat **p = last_oformat;

if (!format->next)
last_oformat = &format->next;
}

从代码中可以看到，这两个注册方法会把指定的 AVInputFormat、AVOutputFormat 加到链表的尾部。

AVInputFormat

接着看 AVInputFormat 的定义：

typedef struct AVInputFormat {
/**
* A comma separated list of short names for the format. New names
* may be appended with a minor bump.
*/
const char *name;

/**
* Descriptive name for the format, meant to be more human-readable
* than name. You should use the NULL_IF_CONFIG_SMALL() macro
* to define it.
*/
const char *long_name;

/**
* Can use flags: AVFMT_NOFILE, AVFMT_NEEDNUMBER, AVFMT_SHOW_IDS,
* AVFMT_GENERIC_INDEX, AVFMT_TS_DISCONT, AVFMT_NOBINSEARCH,
* AVFMT_NOGENSEARCH, AVFMT_NO_BYTE_SEEK, AVFMT_SEEK_TO_PTS.
*/
int flags;

/**
* If extensions are defined, then no probe is done. You should
* usually not use extension format guessing because it is not
* reliable enough
*/
const char *extensions;
...

/**
* Tell if a given file has a chance of being parsed as this format.
* The buffer provided is guaranteed to be AVPROBE_PADDING_SIZE bytes
* big so you do not have to check for that unless you need more.
*/
int (*read_probe)(AVProbeData *);

/**
* Read the format header and initialize the AVFormatContext
* structure. Return 0 if OK. 'avformat_new_stream' should be
* called to create new streams.
*/
int (*read_header)(struct AVFormatContext *);

/**
* Read one packet and put it in 'pkt'. pts and flags are also
* set. 'avformat_new_stream' can be called only if the flag
* AVFMTCTX_NOHEADER is used and only in the calling thread (not in a
* background thread).
* @return 0 on success, < 0 on error.
* When returning an error, pkt must not have been allocated
* or must be freed before returning
*/
int (*read_packet)(struct AVFormatContext *, AVPacket *pkt);

...
} AVInputFormat;

可以看到，这个结构体除了 name 等变量外，还具备 read_probe、read_header 等函数指针。
以前面提到的 ff_aac_demuxer 为例，这里看一下它的实现：
AVInputFormat ff_aac_demuxer = {
// 名称
.name = "aac",
.long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("raw ADTS AAC (Advanced Audio Coding)"),
// 把函数指针指向能够处理 aac 格式的函数实现
.read_probe = adts_aac_probe,
.read_header = adts_aac_read_header,
.read_packet = adts_aac_read_packet,
.flags = AVFMT_GENERIC_INDEX,
.extensions = "aac",
.mime_type = "audio/aac,audio/aacp,audio/x-aac",
.raw_codec_id = AV_CODEC_ID_AAC,
};

总结

根据以上代码的分析，此时我们就能得出问题的答案了：
FFmpeg 之所以能够作为一个平台，无论是封装、解封装，还是编码、解码，在处理对应格式的文件/数据时，都能找到对应的库来实现，而不需要修改代码，主要就是通过结构体 + 函数指针实现的。具体实现方式是：首先设计一个结构体，然后创建该结构体的多个对象，每个对象都有着自己的成员属性及函数实现。这样就使得 FFmpeg 具备了类似于面向对象编程中的多态的效果。
PS：avcodec_register_all 也是一样的，有兴趣的可以看看 AVCodec 的声明以及 ff_libx264_encoder 等编解码器的实现。

如何在 Ubuntu 18.04 / Linux Mint 19.x 中安装 FFmpeg 4.2 https://www.linuxboy.net/Linux/2019-08/160266.htm

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