嵌入式软件开发 - C语言程序设计

这里分享一些关于C语言程序设计方面的心得吧,一点浅见,见笑见笑。

C语言也可以实现面向对象设计

面向对象是一种方法,虽然C语言不是面向对象语言也可以做到面向对象设计。首先来看看对象主要包含什么:

  1. 属性集合
  2. 方法集合
  3. 方法里能访问对象上下文

我们先看看属性,C语言里的结构体就能实现这一点,一个结构体定义一些字段,这些字段的集合是不是就能看做是属性集合了。

typedef struct Person_st
{
    char name[20];
    int age;
}Person_t

然后再来看看2,我们认为按约定定义好一些方法,说这个就是对象的方法就行,面向对象不是非得说同过"."或"->"调用才是对象方法吧。比如:

PersionSetName();
PersionSetAge();

这里先不考虑函数里面实现的问题,我们可以约定这么定义对象的方法『对象名+方法名』。当然你想要的『->』调用也是可以的。

typedef struct Person_st
{
    char name[20];
    int age;
    void (*setName)();
    void (*setAge)();
}Person_t

Person persion;
person->setName();
person->setAge();

通过函数指针来实现,事实上Linux内核中就是这么做的。

最后再来看3,如何访问对象上下文的问题,在C++或其他面向对象语言中,直接在方法内通过this来访问对象是天经地义的事,但是在C语言由于本身不支持就需要我们费些功夫来实现了。

方式1

typedef struct Person_st
{
    char name[20];
    int age;
}Person_t

void PersonSetName(Person_t *p, const char *name);
void PersonSetAge(Person_t *p, int age);

方式2

typedef struct Person_st
{
    char name[20];
    int age;
    void (*setName)(Person_t *p, const char *name);
    void (*setAge)(Person_t *p, int age);
}Person_t

我们主动把对象传进给函数。这里我们就能在C语言上进行面向对象的程序设计了。至于方式1和方式2哪个好用,我个人喜欢用方式1,一个是不需要初始化函数指针,再者就是结构体占用的内存更小。

模块化设计

其实程序设计和任务分解一样,你把一个大的功能不断细分,把一个大模块分解成小模块,最终无数个小模块组成一个完整的程序。每次面对的都是一个个小功能,一者是当前需要面对的情况简单了,一者就是需要思考的点少了,不会出现无从下手的情况。有很多将程序设计方面的书这里就不多细说了。

非阻塞系统设计

另外说一下自己关于程序设计的一点感悟吧,非阻塞系统设计。

这里先说接口,一般接口分为两种,一种是阻塞的,等到所有数据处理完成再返回,一种是非阻塞的,调用接口时只是相当于一个触发信号,等处理完成一般通过回调函数返回。

这里分析一下两种方式,第一种接口,设计简单,使用也比较简单,都是线性思维的,但是带来的影响就是整个系统会阻塞,不说单片机阻塞了就相当于把整个系统阻塞了,就算是用多线程也会带来线程同步的问题,而线程同步是最容易出问题也是出了问题最不好查的地方。

第二种,所有的接口都是非阻塞的,需要等待获取结果的通过回调函数来返回。不好的地方就是这时候思维不是线性的,先调用接口然后再在回调返回的地方再处理结果。好处就是你不会因为处理一项事物而阻塞了其他事物的执行,系统的响应实时性是高的。

特别是在多线程系统中,假设所有的逻辑都是非阻塞的也就没必要再开线程了,也就根本不需要考虑线程间同步的问题。当然这里是需要一点小技巧的,因为系统里总有耗时的任务,原则上是只把耗时的任务交给线程处理,在处理完成有结果的时候把处理结果回调时又切回去主线程,对于使用接口的人来说完全不需要考虑线程同步的问题,只需要处理好业务逻辑就行了,对于开发效率的提升是非常明显的。有兴趣的可以看看Node.js的事件驱动,非阻塞IO模型。Node.js的接口就完全是异步的,而且居然连能创建线程的接口都没有。

最小暴露原则

最小暴露原则说的就是,仅在头文件中暴露外部需要使用的类型、宏、函数和全局变量,所有不需要给外部使用的都不放在对外公开的头文件中,比如我定义一个模块会是这样的:

Person.c
Person.h
PersonInternal.h

所有不想对外暴露的接口,仅对内暴露的接口都定义在Inter.h头文件中。

  • 私有实现

对象中如果有些字段觉得没必要暴露出来的可以选择私有实现,如下定义一个PersonPri_t类型,但是在头文件里面只有声明,实现定义在.c文件中。

typedef struct PersonPri_st PersonPri_t;

typedef struct Person_st
{
    char name[20];
    int age;
    void (*setName)();
    void (*setAge)();

    PersonPri_t *pri;
}Person_t
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