设计模式：C++抽象层

Question

我正在尝试编写一个抽象层，让我的代码运行在不同的平台上运行。让我举一个我最终想在高级代码中使用的两个 classes 的例子：

class Thread
{
public:
    Thread();
    virtual ~Thread();

    void start();
    void stop();

    virtual void callback() = 0;
};

class Display 
{
public:
    static void drawText(const char* text);
};

我的烦恼是：我可以用什么设计模式让低级代码填充实现？以下是我的想法以及为什么我认为它们不是一个好的解决方案：

理论上，将上述定义放在 highLevel/thread.h 中并将特定于平台的实现放在 lowLevel/platformA/thread.cpp 中是没有问题的。这是一个在 link 时间解决的低开销解决方案。唯一的问题是低级实现不能向它添加任何成员变量或成员函数。这使得某些事情无法实施。
一种出路是将其添加到定义中（基本上是 Pimpl-Idiom）：
```
class Thread 
{ 
    // ...
private:
    void* impl_data;
}
```
现在低级代码可以将自己的结构或对象存储在 void 指针中。这里的麻烦是它读起来很丑，编程很痛苦。
我可以使 class Thread 纯虚拟并通过继承它来实现低级功能。高级代码可以通过像这样调用工厂函数来访问低级实现：
```
// thread.h, below the pure virtual class definition 
extern "C" void* makeNewThread();

// in lowlevel/platformA/thread.h 
class ThreadImpl: public Thread
{ ... };

// in lowLevel/platformA/thread.cpp
extern "C" void* makeNewThread() { return new ThreadImpl(); }
```
这已经足够整洁了，但对于静态 classes 却失败了。我的抽象层将用于硬件和 IO 事物，我真的希望能够拥有 Display::drawText(...) 而不是携带指向单个 Display class.
的指针
另一种选择是仅使用可以在 link 时解决的 C 风格函数，例如 extern "C" handle_t createThread()。这对于访问只存在一次的低级硬件（如显示器）来说非常简单。但是对于任何可以多次出现的东西（锁、线程、内存管理），我必须在我的高级代码中携带句柄，这很丑陋或者有一个隐藏句柄的高级包装器 class。无论哪种方式，我都有必须将句柄与高级和低级端的相应功能相关联的开销。
我最后的想法是混合结构。纯 C 风格 extern "C" 函数用于仅存在一次的低级内容。工厂函数（参见 3.），用于可以多次出现的东西。但我担心混合的东西会导致不一致、不可读的代码。

如果能提供符合我要求的设计模式提示，我将不胜感激。

Answer 1

您不需要平台不可知的基础 class，因为您的代码一次只针对一个具体平台编译。

只需将包含路径设置为 -Iinclude/generic -Iinclude/platform，并在每个支持的平台的包含目录中有一个单独的线程 class。

您可以（并且应该）编写与平台无关的测试，默认情况下编译和执行，以确认您的不同平台特定实现遵循相同的接口和语义。

PS。正如 StoryTeller 所说，Thread 是一个糟糕的例子，因为已经有一个可移植的 std::thread。我假设您确实需要提取一些其他特定于平台的细节。

PPS。您仍然需要弄清楚通用（与平台无关）代码和特定于平台的代码之间的正确划分：没有灵丹妙药可以决定什么去哪里，只是[之间的一系列权衡=26=]、简单代码与高度参数化代码等

Answer 2

您似乎想要 Thread class 的值语义并且想知道在哪里添加间接以使其可移植。所以你使用 pimpl 惯用语，和一些条件编译。
根据您希望构建工具的复杂性所在的位置，并且如果您希望尽可能保持所有低级代码的独立性，您可以执行以下操作：

在你高级别headerThread.hpp，你定义：

class Thread
{
  class Impl:
  Impl *pimpl; // or better yet, some smart pointer
public:
  Thread ();
  ~Thread();
  // Other stuff;
};

然后，在您的线程源目录中，您按照以下方式定义文件：

Thread_PlatformA.cpp

#ifdef PLATFORM_A

#include <Thread.hpp>

Thread::Thread()
{
  // Platform A specific code goes here, initialize the pimpl;
}

Thread::~Thread()
{
  // Platform A specific code goes here, release the pimpl;
}

#endif

构建 Thread.o 变得简单，只需获取 Thread 目录中的所有 Thread_*.cpp 文件，并让您的构建系统为编译器提供正确的 -D 选项。

Answer 3

很好奇，如果把这种情况设计成下面这样（紧贴主题）会是怎样的：

// Your generic include level:
// thread.h
class Thread : public 
#ifdef PLATFORM_A
    PlatformAThread
#elif PLATFORM_B
    PlatformBThread
// any more stuff you need in here
#endif
{  
    Thread();
    virtual ~Thread();

    void start();
    void stop();

    virtual void callback() = 0;
} ;

其中不包含任何有关实现的内容，仅包含接口

那么你有：

// platformA directory 
class PlatformAThread { ... };

这将自动导致当您创建 "generic" Thread 对象时，您也会自动获得一个依赖于平台的 class，它会自动设置其内部结构，并且可能具有平台特定操作，当然还有您的 PlatformAThread class 可能源自具有您可能需要的共同事物的通用 Base class。

您还需要将构建系统设置为自动识别特定于平台的目录。

此外，请注意，我倾向于创建 class 继承的层次结构，有些人反对这样做：https://en.wikipedia.org/wiki/Composition_over_inheritance

设计模式：C++抽象层

Design pattern: C++ Abstraction Layer

c++

c

abstraction

hal