嵌入式C语言设计模式

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1 - 什么是设计模式？

关于设计模式的概念，在网络上只需要搜索“什么是设计模式？”，就会有不少关于设计模式的概念介绍。

通俗地概括，设计模式就是一套写代码方面的最佳实践经验总结，这些经验总结已经被很多软件工程师知晓，并且在实际项目中反复验证。

设计模式起源于1994年，最初由4位外国的软件工程师（Gang of Four，简称GOF）提出，他们提出可复用的面向对象软件元素---设计模式，是基于以下两点原则进行设计的：

1-对接口编程而非对实现编程。
2-优先使用对象组合而不是继承。

GOF一共提出了23种设计模式，这些设计模式可以分为三个大类：创建型模式、结构型模式、行为型模式。

创建型模式：工厂模式，抽象工厂模式，单例模式，建造者模式，原型模式

结构型模式：适配器模式，桥接模式，过滤器模式，组合模式，装饰器模式，外观模式，享元模式，代理模式

行为型模式：责任链模式，命令模式，解释器模式，迭代器模式，中介者模式，备忘录模式，观察者模式，状态模式，空对象模式，策略模式，模板模式，访问者模式

设计模式会遵循以下六大原则：

开闭原则、里氏代换原则、依赖倒转原则、接口隔离原则、最少知道原则（迪米特法则）、合成复用原则。




2 - 为什么嵌入式要用设计模式？

纵观网络上很多嵌入式相关的代码例程，基本上都是面向过程和面向实现而进行编程的，一部分原因，是跟面向过程的C语言属性有关，

另一方面，很多嵌入式开发的入门教程，都没有对“设计模式”这些概念进行具体介绍，而是把侧重点放在了代码的执行过程和例程演示。

由于嵌入式开发一般脱离不了硬件底层设计，对于刚刚入行的嵌入式初学者，他们所接触的代码例程都是以面向过程面向实现来进行演示，

这就容易让他们形成了“过程实现式”思维，而非“对象抽象化”思维，这种思维定势，一般会伴随嵌入式软件工程师整个软件开发生涯。

设计模式无论对于自己对于他人，还是对于整个系统设计，都是多赢的，因为使用设计模式构建的系统，可以使软件代码实现真正的工程化，让代码更容易被他人理解，并且保证代码的可靠性，

因此，设计模式是软件工程的基石（此外，还有数据结构和算法）

在嵌入式软件开发过程中，每种设计模式都有其对应的工作原理，并且针对特定的问题给出该问题核心的解决方案，这也是设计模式在很多大中型软件工程中被广泛使用的原因。

设计模式为软件开发人员提供了标准的术语，并且每种设计模式都具体到了特定的情景，所以，经验不足的软件开发人员可以通过对设计模式的学习，简单快捷地掌握基本的软件工程设计。

使用C语言作为主要编程语言的Linux内核，里面大量使用了设计模式，没有面向对象设计思维，不会设计模式的工程师，一般很难理解Linux内核的设计精髓。

需要重点说明的是，本文以及本系列文章，并不是在“神化”并盲目放大设计模式的优势之处，也并不是泛指凡是嵌入式设备都必须用上设计模式作为编码指导，

作为嵌入式工程师，应该根据自身项目的复杂度以及项目规模，在兼顾开发效率的同时，选择合适的设计方案。

本系列文章旨在提供一种设计思路，当嵌入式软件工程师在开发过程中遇到实际问题的时候，可以更好地参考前辈总结的最佳实践方案。





3 – 嵌入式软件如何使用设计模式？

设计模式不是高级编程语言（面向对象编程语言）独有的东西，面向对象编程语言由于其语法特性，可以很方便很简单地在实际软件开发中应用设计模式。

而对于一名嵌入式软件工程师，学习设计模式，更多的是需要学习设计模式背后的原理，以及学习设计模式所针对的问题场景，从而养成设计模式的应用思维，而不是让思维受限于编程语言。

对于大多数嵌入式软件工程师而言，C语言是使用频率最高的编程语言，因此，在学习嵌入式软件如何使用设计模式之前，嵌入式软件工程师应该先学会如何使用C语言进行面向对象的设计。

在大中型嵌入式软件开发过程中，嵌入式工程师应注重养成面向对象和面向接口开发的思维方式，这对整个软件架构的可靠性和扩展性，都是有很大好处的。

网上有不少文章，讲述关于如何使用C语言进行面向对象程序设计，各位可以自行搜索学习，至少需要掌握如何用C语言实现面向对象语言的一些特性，如继承、封装、多态、组合，等等。


特别地说明一下，为了跟面向对象设计的概念同步，后面的文章会更多地使用面向对象开发的专业术语，比如：



封装：动词，表示用结构体把一系列的变量和函数指针进行打包。



继承：动词，表示用新的结构体包含一个父结构体，且这个父结构体要在首位置。



抽象：动词，表示开发者需要思考如何提取出事物的特征。



类：名词，表示进行封装之后的结构体类型，也就是指 struct uart_handler。



子类：名词，表示用一个新的结构体包含一个父结构体，得出一个新的结构体类型。



实例：名词，也可以叫对象或类对象，表示用结构体进行定义的变量，例如：struct uart_handler uart。