设计模式的C语言应用-命令模式-第五章
模式介绍:命令模式(command)
命令模式的解释如下:
向对象发送一个请求,但是并不知道该请求的具体接收者是谁,具体的处理过程是如何的,只知道在程序运行中指定具体的请求接收者即可,对于这样将请求封装成对象的我们称之为命令模式。所以命令模式将请求封装成对象,以便使用不同的请求、队列或者日志来参数化其他对象。同时命令模式支 持可撤销的操作。
命令模式的C语言实现也是非常显性的。命令发送方不通过直接调用的方式,而是通过发一个命令消息给接收方,让接收方执行操作。C语言里采用命令模式的最常见的原因是核间通信,进程间交互。如果是核间通信,通常是把命令按协定的格式封装在消息数据包里。如果是进程间通信,通常封装成一个结构体,把参数带过去。命令的通道通常是队列。
命令模式实现
实现流程
C语言命令模式经典方式如下,和面向对象是有明显的不同的。下图的invoker表示发命令的实体,而handler表示执行命令的实体,这个和面向对象的命令模式里的含义不一样。
图表 1 C语言命令模式示意图
图表 2面向对象命令模式
C语言实现的命令模式核心数据结构是命令。发布命令的是invoker,多个invoker将命令封装起来,送到队列里。有一个函数或者线程称为receiver,检查队列里是否有没有处理的命令。由receiver负责调用各个handler。另外一个被经常使用的辅助数据结构是命令码数组,在如果invoker和handler运行于不同的环境,这种做法几乎是必选,如核间通信,内核和应用态通信。命令码作为索引,handler调用函数作为元素,Receiver根据不同的命令码调用handler。
也有不使用消息队列的C语言实现。
如果invoker和handler运行于相同的环境,可能直接把handler的回调函数的指针挂在命令结构体上,receiver可以直接调用handler的回调函数。很显然,不同的运行环境是没法这么做的。所以命令码数组是一个更为通用,封装性更好的方法。
面向对象的命令模式并没有提及到命令的消息队列,也没有提及命令码数组。消息队列本身并不是命令模式的一部分,而是在C语言实现里经常会用到的,特别是命令和执行不再同一个运行环境。命令码数组对于面向对象来说可以用多个子类来实现,所以也不体现出来。
命令模式的示例代码
以下代码为伪码。
命令码的定义
[code]#define CMD_1 0 #define CMD_2 1 #define CMD_MAX 2
命令封装结构体
[code]#define CMD_LEN 256 struct cmd_msg { int cmd_code; char buf[CMD_LEN];//如果是不同环境的,只能用buffer数组,否则可以用指针 };
命令的实际处理函数
[code]typedef int (*cmd_func)(char *buf); int cmd1_handler(char *buf) { return 0; } int cmd2_handler(char *buf) { return 0; }
命令码数组
命令码数组有两种方式,一种是将命令码作为数据的索引。另外一种情况是由于命令码太大,有一些特殊的规定,没法作为索引。所以在一个结构体里封装命令码和handler,最后实现一个结构体数据,这个在复杂的内核实现里会出现。
下面是简单的命令码,就是函数指针数组。
[code]cmd_func cmd_table[] = { cmd1_handler, cmd2_handler, }; Invoker和receiver
Invoker的工作很简单,填充命令命令封装结构体,将其放入队列。
[code]int invoker1() { struct cmd_msg cmd1_case; memset(&cmd1_case, 0, sizeof(cmd1_case)); cmd1_case.cmd_code = CMD_1; //send cmd1_case to queue return 0; } int invoker2() { struct cmd_msg cmd1_case; memset(&cmd1_case, 0, sizeof(cmd1_case)); cmd1_case.cmd_code = CMD_2; //send cmd1_case to queue return 0; }
Receiver的工作就是监视命令队列,取出命令调用handler。
[code]int cmd_receiver() { struct cmd_msg *cmd_case; while(1) { //get cmd_case from queue while queue is not empty (*cmd_table[cmd_case->cmd_code])(cmd_case->buf); } return 0; }
命令队列有很多形态,比如IPC通道,用信号量,也能不要队列直接调用,总之就是让命令交到reciever手上然后分发调用handler。
伪码main程序:
[code]int main() { invoker1(); invoker2(); cmd_receiver(); return 0; }
内核的实现例子
内核有非常多的例子,典型的是wireless extension的接口。上层应用通过ioctl下发命令到内核,内核解析后,调用相应的wireless extension内核侧处理函数。这就是典型的不同运行环境的命令模式。参数是buffer,带命令码而不是直接发送函数指针。
[code]/* -------------------------- IOCTL LIST -------------------------- */ typedef int (*iw_handler)(struct net_device *dev, struct iw_request_info *info, void *wrqu, char *extra); /* Wireless Identification *///命令码 #define SIOCSIWCOMMIT 0x8B00 /* Commit pending changes to driver */ #define SIOCGIWNAME 0x8B01 /* get name == wireless protocol */ #define SIOCSIWNWID 0x8B02 /* set network id (pre-802.11) */ #define SIOCGIWNWID 0x8B03 /* get network id (the cell) */ #define IW_HANDLER(id, func) \ [IW_IOCTL_IDX(id)] = func //命令码数组 static const iw_handler wl_handler[] = { IW_HANDLER(SIOCSIWCOMMIT, (iw_handler) wireless_commit), IW_HANDLER(SIOCGIWNAME, (iw_handler) wireless_get_protocol), IW_HANDLER(SIOCSIWFREQ, (iw_handler) wireless_set_frequency), IW_HANDLER(SIOCGIWFREQ, (iw_handler) wireless_get_frequency), … } //典型的receiver static int ioctl_standard_iw_point(xxx) { … { /* Check need for ESSID compatibility for WE < 21 */ switch (cmd) { case SIOCSIWESSID: //没法用索引,所以用了switch case case SIOCGIWESSID: case SIOCSIWNICKN: case SIOCGIWNICKN: if (iwp->length == descr->max_tokens + 1) essid_compat = 1; else if (IW_IS_SET(cmd) && (iwp->length != 0)) { char essid[IW_ESSID_MAX_SIZE + 1]; unsigned int len; len = iwp->length * descr->token_size; if (len > IW_ESSID_MAX_SIZE) return -EFAULT; err = copy_from_user(essid, iwp->pointer, len); if (err) return -EFAULT; if (essid[iwp->length - 1] == '\0') essid_compat = 1; } break; default: break; } … }
可以看出,由于内核命令码是有特别含义的,所以不能作为索引,只能receiver干脆用switch case。在ioctl_standard_iw_point函数里就是用switch case。
模式实现总结
命令模式也是C语言实现的显性的设计模式,角色分为发布命令的invoker,分派命令的receiver和实际执行命令的handler。命令队列和命令码数组是核心的辅助元素。命令码数组目前只有两种类型。命令队列的实现类型就非常多,甚至未必是队列形式,需要设计人员根据经验把握。
来源:华为云社区 作者:lurayvis
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