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C语言设计模式——硬件代理
时间:2017-05-19作者:华清远见

1. 抽象

硬件代理模式使用结构体封装硬件设备,硬件有可能是内存、传感器设备、IO设备等,但无论什么样的设备,硬件代理的作用就是隐藏硬件的操作细节,向客户应用程序提供初始化、配置、读写数据、打开与关闭等操作的编程接口。

2. 解决的问题

如果每个用户程序都直接在程序中访问操作底层硬件,当更换了相同功能的不同硬件设备时,有可能硬件接口并不一致,而且对硬件的操作与控制方式也并不一样,这种情况下,就要修改每一个用户程序,导致程序不容易维护。

通过提供位于实际硬件与用户程序之间的代理,就可以极大程度避免因为更换硬件而影响程序的设计,有效减少对程序的修改。

为了方便维护,客户程序可以不用关心设备的具体通信细节,这些细节都要在硬件代理的内部私有方法中实现。

3. 模式结构

硬件代理模式的基本组成结构图表示如下:

图 硬件代理模式

 

4. 协作角色

4.1. 硬件设备

硬件设备描述了实际的硬件,所以不会为这个元素编写C语言代码,放在图里只是为了方便理解。

硬件设备和代理之间的关系就是通过通信端口、内存地址映射或者中断等方式互相关联起来。

4.2. 硬件代理

这个是设计模式中最主要的部分,也是一个最主要的类。

其中包含了描述设备所使用的数据,以及操作设备的时候可以使用的函数。

以上图为例,这个硬件代理包含了一个void类型的变量hardware,用来描述设备的属性,这里为了方便表达,使用了void类型,实际应用的时候,会使用相应的类型,包括基本类型和组合类型(结构体、联合体),但是多数情况下硬件代理使用结构体会比较多一点。这些数据属性也可以叫做“类属性”。

除了数据属性,硬件代理里面还定义了如下函数:

init()  ——多用于对硬件设备的初始化操作

open() ——用于对设备的打开操作

close() ——用于关闭设备

read() ——用于从设备中读取数据

write() ——用于往设备写数据

 

这里定义的函数仅仅是为了方便理解,实际应用的时候,根据不同的硬件所支持的不同操作,定义不同的函数,这些函数也可以叫做“类方法”。

在C语言中,类的定义与使用需要一定的构造技巧,类的声明使用.h头文件封装,类方法的定义使用.c源文件进行封装。

上图所表示的HWProxy代理就可以用如下两个文件来描述:

HWProxy.h文件:

/****************************************************

 *  HWProxy.h                                         

 *  Created on: 03-五月-2017 下午 5:19:38                      

 *  Implementation of the Class HWProxy       

 *  Original author: LvXin                     

 ****************************************************/

 

#ifndef _HWProxy_H   

#define _HWProxy_H

 

 

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif

 

typedef struct HWProxy HWProxy_t;

struct HWProxy {

void hardware;

};

 

 

int close (HWProxy_t *me);

int init (HWProxy_t *me);

int open (HWProxy_t *me);

int read (HWProxy_t *me);

int write (HWProxy_t *me, int data);

 

 

#ifdef __cplusplus

}

#endif

 

 

#endif /*!defined(_HWProxy_H)*/

 

 

HWProxy.c文件:

/****************************************************

 *  HWProxy.c                                         

 *  Created on: 03-五月-2017 下午 5:19:38                      

 *  Implementation of the Class HWProxy       

 *  Original author: LvXin                     

 ****************************************************/

 

#include "HWProxy.h"

 

int close(HWProxy_t *me)

{

return 0;

}

 

int init(HWProxy_t *me)

{

return 0;

}

 

int open(HWProxy_t *me)

{

return 0;

}

 

int read(HWProxy_t *me)

{

return 0;

}

 

int write(HWProxy_t *me, int data)

{

return 0;

}

 

 

这是一个最简单的硬件代理的框架,这里要强调的是所有的对外开放的声明,指示类的东西全都要放在.h文件中,而所有定义类的东西,比如静态变量、函数定义等,全都要放在.c文件中。私有的数据或者方法要用static做限定,并且不要放在.h文件里。

5. 效果

硬件代理模式非常简单,具有封装硬件接口,以及屏蔽硬件编码细节的优点。

可以实现不改变用户代码,只修改硬件代理的细节,就可以从根本上改变具体硬件,提供了非常好的灵活性。因为硬件的操作细节都被封装到了硬件代理的具体方法里,用户代码只需要直接调用硬件代理提供的函数接口,就可以实现对设备的操作。


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