你了解Linux平臺(tái)相關(guān)代碼的C++解決方案

本文首先提出平臺(tái)相關(guān)代碼造成的兩個(gè)問(wèn)題，然后針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題循序漸進(jìn)依次提出解決方案，在分析了前兩個(gè)方案弱點(diǎn)的基礎(chǔ)上，最后著重介紹一種基于多種設(shè)計(jì)模式的 Linux 平臺(tái)相關(guān)代碼的解決方案，并給出此方案的 C++ 實(shí)現(xiàn)。

Linux 平臺(tái)相關(guān)代碼帶來(lái)的問(wèn)題

目前市場(chǎng)上存在著許多不同的 Linux 平臺(tái)（例如：RedHat, Ubuntu, Suse 等），各大廠商和社區(qū)都在針對(duì)自己支持的平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化，為使用者帶來(lái)諸多方便的同時(shí)也對(duì)軟件研發(fā)人員在進(jìn)行編碼時(shí)帶來(lái)不少問(wèn)題：

由于程序中不可避免的存在平臺(tái)相關(guān)代碼（系統(tǒng)調(diào)用等），軟件研發(fā)人員為了保證自己的產(chǎn)品在各個(gè) Linux 平臺(tái)上運(yùn)行順暢，一般都需要在源代碼中大量使用預(yù)編譯參數(shù)，這樣會(huì)大大降低程序的可讀性和可維護(hù)性。

接口平臺(tái)無(wú)關(guān)性的原則是研發(fā)人員必須遵循的準(zhǔn)則。但是在處理平臺(tái)相關(guān)代碼時(shí)如果處理不當(dāng)，此原則很有可能被破壞，導(dǎo)致不良的編碼風(fēng)格，影響代碼的擴(kuò)展和維護(hù)。

本文將針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題循序漸進(jìn)依次提出解決方案。

通過(guò)設(shè)置預(yù)編譯選項(xiàng)來(lái)處理平臺(tái)相關(guān)代碼

通過(guò)為每個(gè)平臺(tái)設(shè)置相關(guān)的預(yù)編譯宏能夠解決 Linux 平臺(tái)相關(guān)代碼的問(wèn)題，實(shí)際情況下，很多軟件開(kāi)發(fā)人員也樂(lè)于單獨(dú)使用這種方法來(lái)解決問(wèn)題。

假設(shè)現(xiàn)有一動(dòng)態(tài)庫(kù) Results.so，SomeFunction() 是該庫(kù)的一個(gè)導(dǎo)出函數(shù)，該庫(kù)同時(shí)為 Rhel,Suse,Ubuntu 等三個(gè)平臺(tái)的 Linux 上層程序服務(wù)。（后文例子均基于此例并予以擴(kuò)展。）

清單 1. 設(shè)置預(yù)編譯選項(xiàng)示例代碼如下：

// Procedure.cpp void SomeFunction() { //Common code for all linux ...... ...... #ifdef RHEL SpecialCaseForRHEL(); #endif #ifdef SUSE SpecialCaseForSUSE(); #endif #ifdef UBUNTU SpecialCaseForUBUNTU(); #endif //Common code for all linux ...... ...... #ifdef RHEL SpecialCase2ForRHEL(); #endif #ifdef SUSE SpecialCase2ForSUSE(); #endif #ifdef UBUNTU SpecialCase2ForUBUNTU(); #endif //Common code for all linux ...... ...... } IT網(wǎng)，http://www.it.net.cn

開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)設(shè)置 makefile 宏參數(shù)或者直接設(shè)置 gcc 參數(shù)來(lái)控制實(shí)際編譯內(nèi)容。?IT網(wǎng)，http://www.it.net.cn

例如：

gcc -D RHEL Procedure.cpp -o Result.so -lstdc++ // Use RHEL marco

SpecialCaseForRHEL()，SpecialCaseForSUSE()，SpecialCaseForUBUNTU() 分別在該庫(kù) (Results.so) 的其他文件中予以實(shí)現(xiàn)。

圖 1. 清單 1 代碼的結(jié)構(gòu)圖

帶來(lái)的問(wèn)題

SomeFunction() 函數(shù)代碼冗余，格式混亂。本例僅涉及三個(gè)預(yù)編譯選項(xiàng)，但實(shí)際情況中由于 Linux 版本眾多并且可能涉及操作系統(tǒng)位數(shù)的問(wèn)題，增加對(duì)新系統(tǒng)的支持會(huì)導(dǎo)致預(yù)編譯選項(xiàng)不斷增多，造成 SomeFunction() 函數(shù)結(jié)構(gòu)十分混亂。

新增其他平臺(tái)相關(guān)接口（例如：增加 SpecialCase3ForRHEL()，SpecialCase3ForSUSE()，SpecialCase3ForUBUNTU），會(huì)成倍增加代碼中預(yù)編譯宏的數(shù)量。

破壞了接口平臺(tái)無(wú)關(guān)性的原則。SpecialCaseForRHEL()，SpecialCaseForSUSE()，SpecialCaseForUBUNTU() 只是同一功能各個(gè)平臺(tái)的不同實(shí)現(xiàn)，屬于封裝內(nèi)容，不應(yīng)該分開(kāi)暴露給調(diào)用者。

可見(jiàn)，簡(jiǎn)單利用預(yù)編譯宏來(lái)解決平臺(tái)相關(guān)代碼產(chǎn)生的問(wèn)題不是一個(gè)好的方法，并沒(méi)有解決本文開(kāi)始提出的兩個(gè)問(wèn)題。后文將通過(guò)三個(gè)方案依次解決這些問(wèn)題。

解決方案 1：根據(jù)接口平臺(tái)無(wú)關(guān)性原則進(jìn)行優(yōu)化

實(shí)質(zhì)上，SpecialCaseForRHEL()，SpecialCaseForSUSE()，SpecialCaseForUBUNTU() 只是同一功能在不同平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)，SpecialCase2ForRHEL()，SpecialCase2ForSUSE()，SpecialCase2ForUBUNTU() 亦如此。對(duì)于調(diào)用者，應(yīng)該遵循接口平臺(tái)無(wú)關(guān)性的原則，使用統(tǒng)一的接口進(jìn)行調(diào)用，這樣才能簡(jiǎn)化代碼，使代碼易于維護(hù)。

清單 2. 解決方案 1 示例代碼如下：

// Procedure.cpp void SomeFunction() { //Common code for all linux ...... ...... SpecialCase(); //Common code for all linux ...... ...... SpecialCase2(); //Common code for all linux ...... ...... } void SpecialCase() { //Common code for all linux ...... ...... #ifdef RHEL SpecialCaseForRHEL(); #endif #ifdef SUSE SpecialCaseForSUSE(); #endif #ifdef UBUNTU SpecialCaseForUBUNTU(); #endif //Common code for all linux ...... ...... } void Special2Case() { //Common code for all linux ...... ...... #ifdef RHEL SpecialCase2ForRHEL(); #endif #ifdef SUSE SpecialCase2ForSUSE(); #endif #ifdef UBUNTU SpecialCase2ForUBUNTU(); #endif //Common code for all linux ...... ...... }

此方案的優(yōu)點(diǎn)：

遵循了接口平臺(tái)無(wú)關(guān)性原則，同樣的功能只提供一個(gè)接口，每個(gè)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)屬于實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，封裝在接口內(nèi)部。此方案提供了一定的封裝性，簡(jiǎn)化了調(diào)用者的操作。

此方案的缺點(diǎn)：

預(yù)編譯宏泛濫的問(wèn)題仍然沒(méi)有解決，每次新增功能函數(shù)，就會(huì)成倍增加預(yù)編譯宏的數(shù)量。同樣每次增加對(duì)已有功能新平臺(tái)的支持，也會(huì)不斷增加預(yù)編譯宏的數(shù)量。

可見(jiàn)，此方案部分解決了本文開(kāi)始提出的兩個(gè)問(wèn)題中的一個(gè)，但仍有問(wèn)題需要繼續(xù)解決。

解決方案 2： 通過(guò)分層對(duì)進(jìn)行優(yōu)化

換一個(gè)角度來(lái)思考，可以在二進(jìn)制層面對(duì)平臺(tái)相關(guān)代碼進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)對(duì)庫(kù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分層來(lái)優(yōu)化，為每個(gè) Linux 平臺(tái)提供單獨(dú)的實(shí)現(xiàn)庫(kù)，并且把調(diào)用端獨(dú)立提取出來(lái)。如下圖所示：

圖 2： 方案 2 的結(jié)構(gòu)圖

此方案單獨(dú)將調(diào)用端抽象出來(lái)，將每個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)端的相關(guān)代碼提取出來(lái)做成一個(gè)單獨(dú)的庫(kù)（Rhel.so，Suse.so，Ubuntu.so）。SpecialCase() 為同一功能在不同平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，采用相同接口名。底層庫(kù)需要與 Results.so 庫(kù)同時(shí)發(fā)布，也就是說(shuō)，Redhat 版本發(fā)布時(shí)需同時(shí)打包 Results.so 和 Rhel.so，其他版本亦然。?Linux學(xué)習(xí)，http:// linux.it.net.cn

此方案的優(yōu)點(diǎn)：

解決了預(yù)編譯宏泛濫的問(wèn)題，通過(guò)二進(jìn)制分層可以將代碼里的所有預(yù)編譯選項(xiàng)去掉。遵循了接口平臺(tái)無(wú)關(guān)性的原則。

可見(jiàn)，此方案很好地解決了本文開(kāi)始提出的兩個(gè)問(wèn)題。?Linux學(xué)習(xí)，http:// linux.it.net.cn

此方案的缺點(diǎn)：

每次發(fā)布 Results.so 的時(shí)候，底層庫(kù)需要伴隨一起發(fā)布，導(dǎo)致可執(zhí)行包文件數(shù)量成倍增加。而且很多小程序，小工具的發(fā)布往往采取單獨(dú)的二進(jìn)制文件，不允許有底層庫(kù)的存在。

解決方案 3： 結(jié)合代理模式，橋接模式和單例模式進(jìn)行優(yōu)化

現(xiàn)在針對(duì)原始問(wèn)題繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化，擯棄方案 2 采用的分層手法，在單一庫(kù)的范圍內(nèi)利用 C++ 多態(tài)特性和設(shè)計(jì)模式進(jìn)行優(yōu)化。

目標(biāo)效果：

源代碼中盡可能減少預(yù)編譯選項(xiàng)出現(xiàn)的頻率，避免因功能擴(kuò)展和平臺(tái)支持的增加導(dǎo)致預(yù)編譯宏數(shù)量爆炸。

完全遵循接口平臺(tái)無(wú)關(guān)性的原則。

清單 3. 解決方案 3 調(diào)用端示例代碼如下：

// Procedure.cpp void SomeFunction() { //Common code for all linux ...... ...... XXHost::instance()->SpecialCase1(); //Common code for all linux ...... ...... XXHost::instance()->SpecialCase2(); //Common code for all linux ...... ...... } Linux學(xué)習(xí)，http:// linux.it.net.cn

圖 3：方案 3 的具體實(shí)現(xiàn)類(lèi)圖

此方案結(jié)合改進(jìn)的代理模式（Proxy），橋接模式（Bridge）和單件模式（Singleton），并利用 C++ 封裝、繼承和多態(tài)特性予以實(shí)現(xiàn)。?IT網(wǎng)，http://www.it.net.cn

IHost 是頂層抽象接口類(lèi)，聲明了實(shí)現(xiàn)端需要實(shí)現(xiàn)的功能函數(shù)以及調(diào)用端需要調(diào)用的接口函數(shù)。?Linux學(xué)習(xí)，http:// linux.it.net.cn

圖 3 右半部分派生自 IHost 的各個(gè)類(lèi)為實(shí)現(xiàn)端，在實(shí)現(xiàn)端，?Linux學(xué)習(xí)，http:// linux.it.net.cn

為每個(gè) Linux 系統(tǒng)單獨(dú)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)類(lèi)，相互之間無(wú)關(guān)聯(lián)性。該類(lèi)實(shí)現(xiàn)了該操作系統(tǒng)平臺(tái)相關(guān)的功能（SpecialCase1() 和 SpecialCase2()），即實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)相關(guān)代碼。每個(gè)實(shí)現(xiàn)類(lèi)采取單件模式。

Init() 和 terminate() 用來(lái)初始化和清理操作。Init() 函數(shù)首先創(chuàng)建自己（單件模式），其次創(chuàng)建左側(cè)代理類(lèi)（單件模式，見(jiàn)下段描述），最后將自己的內(nèi)存地址通過(guò) SetHost() 函數(shù)交給左側(cè)代理方。

圖 3 左半部分派生自 Host 的各個(gè)類(lèi)為調(diào)用端，在調(diào)用端，?IT網(wǎng)，http://www.it.net.cn

Host 類(lèi)做了一層封裝，RhelHost 等派生類(lèi)為實(shí)際的代理者（調(diào)用者），每個(gè) Host 的派生類(lèi)分別代表一種需求（調(diào)用方），是右側(cè)實(shí)現(xiàn)類(lèi)的一個(gè)代理，例如 RhelHost 是 RhelOS 的代理，SuseHost 是 SuseOS 的代理，UbuntuHost 是 UbuntuOS 的代理。每個(gè) Host 的派生類(lèi)采取單件模式。?IT網(wǎng)，http://www.it.net.cn

Host 類(lèi)和 HostImp 類(lèi)之間采用橋接的設(shè)計(jì)模式，利用 C++ 多態(tài)特性，最后通過(guò) HostImp 類(lèi)調(diào)用實(shí)現(xiàn)端類(lèi)的實(shí)現(xiàn)。調(diào)用端的調(diào)用過(guò)程如下：

通過(guò) RhelHost 的指針調(diào)用 SpecialCase()，由于 RhelHost::SpecialCase() 沒(méi)有覆蓋基類(lèi)虛函數(shù)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際調(diào)用的是 Host::SpecialCase()。

Host 的所有調(diào)用被橋接到 HostImp 對(duì)應(yīng)的函數(shù)。

由 HostImp 類(lèi)調(diào)用確定的實(shí)現(xiàn)端的某一個(gè)對(duì)象的對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)函數(shù)（HostImp 類(lèi)的 SetHost() 函數(shù)記錄了右側(cè)類(lèi)的對(duì)象內(nèi)存地址）。

清單 4. 解決方案 3 框架主要源代碼如下：

// Host.h class IHost { public: virtual void SpecialCase1() = 0; virtual void SpecialCase2() = 0; }; class Host : public IHost { public: virtual ~Host() {}; void setHost(IHost* pHost) { m_pImp->setHost(pHost); } virtual void SpecialCase1() { m_pImp->SpecialCase1(); }; virtual void SpecialCase2() { m_pImp->SpecialCase2(); }; protected: Host(HostImp * pImp); private: HostImp* m_pImp; friend class HostImp; }; class RhelHost : public Host { public: static RhelHost* instance(); private: RhelHost(HostImp* pImp); }; RhelHost * RhelHost::instance() { static RhelHost * pThis = new RhelHost (new HostImp()); return pThis; } RhelHost:: RhelHost (HostImp* pImp) : Host(pImp) { } class RhelOS : public IHost { public: static void init() { static RhelOS me; RhelHost::instance()->setHost(&me); } static void term() { RhelHost::instance()->setHost(NULL); } private: virtual void SpecialCase1() { /* Real Operation */ }; virtual void SpecialCase2() { /* Real Operation */ }; }; // HostImp.h class HostImp : public IHost { private: HostImp(const HostImp&); public: HostImp(); virtual ~HostImp() {}; void setHost(IHost* pHost) { m_pHost = pHost; }; virtual void SpecialCase1() { if(m_pHost != NULL) m_pHost->SpecialCase1() } virtual void SpecialCase2() { if(m_pHost != NULL) m_pHost->SpecialCase2() } private: IHost* m_pHost; };

此方案的優(yōu)點(diǎn)：

遵循接口平臺(tái)無(wú)關(guān)性原則。此方案將各平臺(tái)通用接口提升到最高的抽象層，易于理解和修改。

最大限度地降低預(yù)編譯選項(xiàng)在源代碼中的使用，實(shí)際上，本例中只需要在一處使用預(yù)編譯宏，示例代碼如下：

void Init() { #ifdef RHEL RhelOS::init(); #endif #ifdef SUSE SuseOS::init(); #endif #ifdef UBUNTU UbuntuOS::init(); #endif }

源代碼其他地方不需要添加預(yù)編譯宏。

實(shí)現(xiàn)端和調(diào)用端都通過(guò)類(lèi)的形式進(jìn)行封裝，而且實(shí)現(xiàn)端類(lèi)和調(diào)用端類(lèi)都可以自己?jiǎn)为?dú)擴(kuò)展，完成一些各自需要完成的任務(wù)，所要保持一致的只是接口層函數(shù)。擴(kuò)展性和封裝性很好。

由此可見(jiàn)，此方案很好地解決了本文開(kāi)始提出的兩個(gè)問(wèn)題，而且代碼結(jié)構(gòu)清晰，可維護(hù)型好。

接下來(lái)對(duì)上述源代碼繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。上例 SuseHost/UbuntuHost/SUSEOS/UBUNTUOS 等類(lèi)的實(shí)現(xiàn)被略去，實(shí)際上這些類(lèi)的實(shí)現(xiàn)與 RhelHost 和 RHELOS 相似，可以利用宏來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化框架代碼結(jié)構(gòu)。?Linux學(xué)習(xí)，http:// linux.it.net.cn

清單 5. 解決方案 3 框架主要源代碼優(yōu)化：

#define HOST_DECLARE(name) \ class ##nameHost : public Host \ { \ public: \ static ##nameHost* instance(); \ private: \ ##nameHost(HostImp* pImp); \ }; #define HOST_DEFINE(name) \ ##nameHost* ##nameHost::instance() \ { \ static ##nameHost* pThis = new ##nameHost(new HostImp()); \ return pThis; \ } \ ##nameHost::##nameHost(HostImp* pImp) \ : Host(pImp) \ { \ } #define HOST_IMPLEMENTATION(name) \ class ##name##OS : public IHost \ { \ public: \ static void init() \ { \ static ##name##OS me; \ ##nameHost::instance()->setHost(&me); \ } \ static void term() \ { \ ##nameHost::instance()->setHost(NULL); \ } \ private: \ virtual void SpecialCase1(); \ virtual void SpecialCase2(); \ };

使用三個(gè)宏來(lái)處理相似代碼。至此，優(yōu)化完成。從源代碼角度來(lái)分析，作為實(shí)現(xiàn)端的開(kāi)發(fā)人員，只需要三步就可以完成操作：

調(diào)用 init() 函數(shù)；

使用 #define HOST_IMPLEMENTATION(name)；? ? 例如：#define HOST_IMPLEMENTATION(DEBIAN)

實(shí)現(xiàn) DEBIAN::SpecialCase1() 和 DEBIAN::SpecialCase2()。? ? 作為調(diào)用端的開(kāi)發(fā)人員，也只需要三步就可以完成操作：

使用 #define HOST_DECLARE(name) 進(jìn)行聲明；? ? 例如 : #define HOST_DECLARE(DEBIAN)

使用 #define HOST_DEFINE(name) 進(jìn)行定義；? ? 例如： #define HOST_DEFINE (DEBIAN)

調(diào)用接口。? ? 例如： DEBIANHost::instance()->SpecialCase1();DEBIANHost::instance()->SpecialCase2();

可見(jiàn)，優(yōu)化后方案的代碼清晰，不失為一個(gè)良好的平臺(tái)相關(guān)代碼的解決方案。

由于調(diào)用端和實(shí)現(xiàn)端往往需要傳遞參數(shù)，可以通過(guò) SpecialCase1() 函數(shù)的參數(shù)來(lái)傳遞參數(shù)，同樣的這個(gè)參數(shù)類(lèi)可以通過(guò)橋接的方式予以實(shí)現(xiàn)，本文不再詳述，讀者可以自己嘗試。

對(duì)方案 3 的擴(kuò)展

擴(kuò)展 1：對(duì)單一操作系統(tǒng)多對(duì)多的擴(kuò)展

對(duì)于方案 3 的實(shí)現(xiàn)，也許有讀者會(huì)問(wèn)，調(diào)用端只需要 Host 類(lèi)不需要其派生類(lèi)即可完成方案 3 中的功能，的確如此，因?yàn)榉桨?3 中的代理類(lèi)一直是一對(duì)一的關(guān)系，即 RhelHost 代理 RhelOS，Redhat 下只存在這一對(duì)一的關(guān)系。但是實(shí)際情況下，單一系統(tǒng)下很可能存在多對(duì)多的關(guān)系。

例如，在單一操作系統(tǒng)中，可能需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種風(fēng)格的窗口。實(shí)際上，變成了多對(duì)多的代理關(guān)系。

圖 4：?jiǎn)我徊僮飨到y(tǒng)不同 c 風(fēng)格窗口的實(shí)現(xiàn)類(lèi)圖

Style1Host 代理 Style1Dialog，Style2Host 代理 Style2Dialog，Style3Host 代理 Style3Dialog，三個(gè)窗口同時(shí)并存，也就是說(shuō)左側(cè)三個(gè)實(shí)現(xiàn)類(lèi)的實(shí)例和右側(cè)三個(gè)代理類(lèi)的實(shí)例同時(shí)存在?？梢?jiàn)，方案 3 的設(shè)計(jì)模式擴(kuò)展性良好，實(shí)現(xiàn)端和調(diào)用端都可以在遵循接口不變性的情況下單獨(dú)擴(kuò)展自己的功能。

擴(kuò)展 2：對(duì)多操作系統(tǒng)的擴(kuò)展

方案 3 不僅可以針對(duì) Linux 平臺(tái)相關(guān)代碼進(jìn)行處理，還可以擴(kuò)展到其他諸多場(chǎng)合。例如，現(xiàn)在的程序庫(kù)往往需要針對(duì)多個(gè)操作系統(tǒng)，包括 Windows, Linux, Mac。每個(gè)操作系統(tǒng)往往使用不同的 GUI 庫(kù)，這樣在實(shí)現(xiàn)窗口操作的時(shí)候必然涉及到平臺(tái)相關(guān)代碼。同樣可以用方案 3 予以實(shí)現(xiàn)。

圖 5：多操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)類(lèi)圖

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總結(jié)

本文開(kāi)始提出平臺(tái)相關(guān)代碼造成的兩個(gè)問(wèn)題，接著循序漸進(jìn)提出解決方案。在分析了常用的設(shè)置預(yù)編譯選項(xiàng)方法的利弊的基礎(chǔ)上，提出了一種新的利用 C++ 多態(tài)特性，結(jié)合使用代理模式，橋接模式和單件模式處理平臺(tái)相關(guān)代碼的方案，并對(duì)這一方案予以擴(kuò)展，給讀者提供了一種新的高效的處理平臺(tái)相關(guān)代碼的方法。?Li

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