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【知识分享】C语言中的设计模式——适配器、装饰者和代理

范跑跑 • 2022-9-14 • C • 阅读 19

【知识分享】C语言中的设计模式——适配器、装饰者和代理,第1张

背景

    适配器模式（Adapter Pattern）是作为两个不兼容的接口之间的桥梁。这种类型的设计模式属于结构型模式，它结合了两个独立接口的功能。此模式应用到C语言中，跟装饰者和代理这两种模式很接近，所以这里把这三个放一起讲，这三种模式在C语言里经常用到，叫做接口封装。

名词释义

    适配器别名：包装器。适配器最早出现在电工学里，有些国家用的是110V市电，而有些则是220V，但对于笔记本电脑来讲不可能兼容这两种电源，也不可能说因为要统一使用笔记本电脑，把各个国家的电网统一规格，那不现实，于是就诞生了适配器这种东西，把110V或220V的电转成笔记本电脑可以用的电压。用在软件上也一样，如果当前系统无法兼容使用一个类，可以通过新建一个适配器类对其包装成系统可用的接口。
    装饰者，在使用接口时，保留原本功能的同时，再添加一些其他功能，这就是装饰者。就比如买一套房子，刚买来的时候，同一个小区的房子可能都长一样的，但每个家庭装修的风格不同，给房子赋予了不同的功能，这些房子都有居住的属性，但有人作为家，有人作为公司，有人当作出租屋。
    代理，顾名思义，使用者不直接使用各种类型的接口，而是通过一个中间人的角色去使用各种业务。就比如律师，一般人不可能去熟读法律条文，于是就诞生了律师这个职业，以此来代理法律相关的业务，律师就是处理法律业务的代理人。

C语言应用

    在C语言中一般是用在函数接口上。当你想使用一个函数，而这个函数传参多了几个你并不关心的参数时，可以使用适配器把接口重新包装一下，只留下需要的参数。那对于这三者之间有什么区别呢，这里大致梳理了一下差异点：

模式差异点
适配器接口不一致，功能一样
装饰者接口一致，但在原本基础上添加功能
代理接口功能一致，替换不同的实现
例子
  • 适配器

    举个栗子，STM32F1的LL库中，设置串口波特率的接口需要传3个参数，设置波特率的接口如下：

/**
  * @brief  Configure USART BRR register for achieving expected Baud Rate value.
  * @note   Compute and set USARTDIV value in BRR Register (full BRR content)
  *         according to used Peripheral Clock, Oversampling mode, and expected Baud Rate values
  * @note   Peripheral clock and Baud rate values provided as function parameters should be valid
  *         (Baud rate value != 0)
  * @rmtoll BRR          BRR           LL_USART_SetBaudRate
  * @param  USARTx USART Instance
  * @param  PeriphClk Peripheral Clock
  * @param  BaudRate Baud Rate
  * @retval None
  */
__STATIC_INLINE void LL_USART_SetBaudRate(USART_TypeDef *USARTx, uint32_t PeriphClk, uint32_t BaudRate)
{
    USARTx->BRR = (uint16_t)(__LL_USART_DIV_SAMPLING16(PeriphClk, BaudRate));
}

    但对于使用者来讲，完全没有必要知道当前时钟频率要设置多少，只需要关注当前设置哪个串口波特率值为多少即可。所以这里的接口可以简化，即对用户层进行接口封装，屏蔽掉部分信息。这就是适配器最简单的应用。

void SetUartBaudRate(USART_TypeDef *USARTx, uint32_t BaudRate)
{
	/* 假设当前时钟频率为1MHz，这里用获取系统时钟的接口获取频率会更通用些。 */
	LL_USART_SetBaudRate(USARTx, 1000000, BaudRate);
}
  • 装饰者

    还是以设置波特率为例，因为当前库里提供的接口就只有设置串口波特率的作用，如果现在要实现设置波特率后，在下次掉电上电后，还可以保持当前的波特率值，那就需要在设置波特率的同时，把设置的值存入Flash或EEPROM等可掉电保存的介质中。为了让用户每次设置时会保存，我们可以把这个功能封装在设置波特率的接口中。我们在前面的接口基础上进行添加。

extern void EEPROM_Write(uint32_t addr,
						uint8_t *data,
						uint32_t len);

void BSP_Uart_SetBaudRate(USART_TypeDef *USARTx, uint32_t BaudRate)
{
	/* 保存波特率值 */
	EEPROM_Write(0, BaudRate, sizeof(BaudRate));

	/* 设置波特率 */
	SetUartBaudRate(USARTx, BaudRate);
}
  • 代理

    当做一些通信相关的应用时，其实应用层并不需要去关心底层是通过什么方式进行通信的，只需要知道要发送什么数据，然后什么时候去获取数据。所以对于通信，最基本的可以抽象出两个接口，发送和接收。对于底层，则需要根据其物理特性去实现收跟发这两个接口。以IIC和串口为例，可以有如下 *** 作。

#include 
#include 

/* 定义代理接口 */
struct tagCommAPI
{
	void (*Send)(uint8_t *, uint32_t);
	void (*Recv)(uint8_t **, uint32_t);
}CommAPI;

/* 串口的接口实现 */
void Uart_Send(uint8_t *data, uint32_t len)
{
	/* 串口发送数据 *** 作 */
}

void Uart_Recv(uint8_t **data, uint32_t len)
{
	/* 串口接收数据 *** 作 */
}

/* IIC的接口实现 */
void IIC_Send(uint8_t *data, uint32_t len)
{
	/* IIC发送数据 *** 作 */
}

void IIC_Recv(uint8_t **data, uint32_t len)
{
	/* IIC接收数据 *** 作 */
}

uint8_t buff[] = "Hello,world!";

int main(void)
{
	/* 初始化为IIC *** 作 */
	CommAPI.Send = IIC_Send;
	CommAPI.Recv = IIC_Recv;
	
	/* 使用IIC进行收发 */
	CommAPI.Send(buff, strlen(buff));
	CommAPI.Recv(&buff, 12);

	/* 初始化为串口 *** 作 */
	CommAPI.Send = Uart_Send;
	CommAPI.Recv = Uart_Recv;

	/* 使用Uart进行收发 */
	CommAPI.Send(buff, strlen(buff));
	CommAPI.Recv(&buff, 12);

	return 0;
}

    实际应用中典型的用法，以FreeModbus为例，里面把RTU和ASCII的驱动 *** 作抽象成几个接口，选用不同类型时，切换接口的实现，以此来实现RTU和ASCII的切换。以下为FreeModbus源码的一部分，可以参考观摩一下。

/* ----------------------- Prototypes  0-------------------------------------*/
typedef void    ( *pvMBFrameStart ) ( void );

typedef void    ( *pvMBFrameStop ) ( void );

typedef eMBErrorCode( *peMBFrameReceive ) ( UCHAR * pucRcvAddress,
                                            UCHAR ** pucFrame,
                                            USHORT * pusLength );

typedef eMBErrorCode( *peMBFrameSend ) ( UCHAR slaveAddress,
                                         const UCHAR * pucFrame,
                                         USHORT usLength );

typedef void( *pvMBFrameClose ) ( void );

/* Functions pointer which are initialized in eMBInit( ). Depending on the
 * mode (RTU or ASCII) the are set to the correct implementations.
 * Using for Modbus Slave
 */
static peMBFrameSend peMBFrameSendCur;
static pvMBFrameStart pvMBFrameStartCur;
static pvMBFrameStop pvMBFrameStopCur;
static peMBFrameReceive peMBFrameReceiveCur;
static pvMBFrameClose pvMBFrameCloseCur;

/* Callback functions required by the porting layer. They are called when
 * an external event has happend which includes a timeout or the reception
 * or transmission of a character.
 * Using for Modbus Slave
 */
BOOL( *pxMBFrameCBByteReceived ) ( void );
BOOL( *pxMBFrameCBTransmitterEmpty ) ( void );
BOOL( *pxMBPortCBTimerExpired ) ( void );

BOOL( *pxMBFrameCBReceiveFSMCur ) ( void );
BOOL( *pxMBFrameCBTransmitFSMCur ) ( void );


/* ----------------------- Start implementation -----------------------------*/
eMBErrorCode
eMBInit( eMBMode eMode, UCHAR ucSlaveAddress, UCHAR ucPort, ULONG ulBaudRate, eMBParity eParity )
{
    eMBErrorCode    eStatus = MB_ENOERR;

    /* check preconditions */
    if( ( ucSlaveAddress == MB_ADDRESS_BROADCAST ) ||
        ( ucSlaveAddress < MB_ADDRESS_MIN ) || ( ucSlaveAddress > MB_ADDRESS_MAX ) )
    {
        eStatus = MB_EINVAL;
    }
    else
    {
        ucMBAddress = ucSlaveAddress;

        switch ( eMode )
        {
#if MB_SLAVE_RTU_ENABLED > 0
        case MB_RTU:
            pvMBFrameStartCur = eMBRTUStart;
            pvMBFrameStopCur = eMBRTUStop;
            peMBFrameSendCur = eMBRTUSend;
            peMBFrameReceiveCur = eMBRTUReceive;
            pvMBFrameCloseCur = MB_PORT_HAS_CLOSE ? vMBPortClose : NULL;
            pxMBFrameCBByteReceived = xMBRTUReceiveFSM;
            pxMBFrameCBTransmitterEmpty = xMBRTUTransmitFSM;
            pxMBPortCBTimerExpired = xMBRTUTimerT35Expired;

            eStatus = eMBRTUInit( ucMBAddress, ucPort, ulBaudRate, eParity );
            break;
#endif
#if MB_SLAVE_ASCII_ENABLED > 0
        case MB_ASCII:
            pvMBFrameStartCur = eMBASCIIStart;
            pvMBFrameStopCur = eMBASCIIStop;
            peMBFrameSendCur = eMBASCIISend;
            peMBFrameReceiveCur = eMBASCIIReceive;
            pvMBFrameCloseCur = MB_PORT_HAS_CLOSE ? vMBPortClose : NULL;
            pxMBFrameCBByteReceived = xMBASCIIReceiveFSM;
            pxMBFrameCBTransmitterEmpty = xMBASCIITransmitFSM;
            pxMBPortCBTimerExpired = xMBASCIITimerT1SExpired;

            eStatus = eMBASCIIInit( ucMBAddress, ucPort, ulBaudRate, eParity );
            break;
#endif
        default:
            eStatus = MB_EINVAL;
            break;
        }

        if( eStatus == MB_ENOERR )
        {
            if( !xMBPortEventInit(  ) )
            {
                /* port dependent event module initalization failed. */
                eStatus = MB_EPORTERR;
            }
            else
            {
                eMBCurrentMode = eMode;
                eMBState = STATE_DISABLED;
            }
        }
    }
    return eStatus;
}
适用范围
  1. 在对接双方短期内难以调整接口的情况，一般在日常维护型的项目中会较多使用。
  2. 在使用第三方API时，可以通过适配器对第三方接口进行转换适配自己的系统。
优势
  1. 快速对接两个不同接口。
  2. 修改一个模块接口，不会直接影响到其他使用它的接口。
  3. 对于代理模式来讲，可以很容易地替换不同的功能接口。
劣势
  1. 适配器和装饰器过多的使用会造成系统整体混乱，长期方案还是需要通过调整接口进行合理对接。
  2. 代理的使用可以很好地规范后面开发的接口，但同时也导致接口不够灵活，如果后期存在新的开发接口当前代理接口无法满足时，可能会导致涉及大部分代码的重构。

欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出

原文地址: https://outofmemory.cn/langs/2889633.html

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