C语言和设计模式（之开篇）

winston · 发表于 2011-12-19 23:27:35

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关于软件设计方面的书很多，比如《重构》，比如《设计模式》。至于软件开发方式，那就更多了，什么极限编程、精益方法、敏捷方法。随着时间的推移，很多的方法又会被重新提出来。
其实，就我个人看来，不管什么方法都离不开人。一个人写不出二叉树，你怎么让他写？敏捷吗？你写一行，我写一行。还是迭代？写三行，删掉两行，再写三行。项目的成功是偶然的，但是项目的失败却有很多原因，管理混乱、需求混乱、设计低劣、代码质量差、测试不到位等等。就软件企业而言，没有比优秀的文化和出色的企业人才更重要的了。

从软件设计层面来说，一般来说主要包括三个方面：（1）软件的设计受众，是小孩子、老人、女性，还是专业人士等等；
（2）软件的基本设计原则，以人为本、模块分离、层次清晰、简约至上、适用为先、抽象基本业务等等；
（3）软件编写模式，比如装饰模式、责任链、单件模式等等。

从某种意义上说，设计思想构成了软件的主题。软件原则是我们在开发中的必须遵循的准绳。软件编写模式是开发过程中的重要经验总结。灵活运用设计模式，一方面利于我们编写高质量的代码，另一方面也方便我们对代码进行维护。毕竟对于广大的软件开发者来说，软件的维护时间要比软件编写的时间要多得多。编写过程中，难免要有新的需求，要和别的模块打交道，要对已有的代码进行复用，那么这时候设计模式就派上了用场。我们讨论的主题其实就是设计模式。

讲到设计模式，人们首先想到的语言就是c#或者是java，最不济也是c++，一般来说没有人会考虑到c语言。其实，我认为设计模式就是一种基本思想，过度美化或者神化其实没有必要。其实阅读过linux kernel的朋友都知道，linux虽然自身支持很多的文件系统，但是linux自身很好地把这些系统的基本操作都抽象出来了，成为了基本的虚拟文件系统。

举个例子来说，现在让你写一个音乐播放器，但是要支持的文件格式很多，什么ogg，wav，mp3啊，统统要支持。这时候，你会怎么编写呢？如果用C++语言，你可能会这么写。
view plain

class music_file
{
HANDLE hFile;
public:
void music_file() {}
virtual ~music_file() {}
virtual
void read_file() {}
virtual
void play() {}
virtual
void stop() {}
virtual
void back() {}
virtual
void front() {}
virtual
void up() {}
virtual
void down() {}
};

其实，你想想看，如果用C语言能够完成相同的抽象操作，那不是效果一样的吗？

view plain

typedef
struct _music_file
{
HANDLE hFile;
void (*read_file)(struct _music_file* pMusicFile);
void (*play)(struct _music_file* pMusicFile);
void (*stop)(struct _music_file* pMusicFile);
void (*back)(struct _music_file* pMusicFile);
void (*front)(struct _music_file* pMusicFile);
void (*down)(struct _music_file* pMusicFile);
void (*up)(struct _music_file* pMusicFile);
}music_file;

当然，上面的例子比较简单，但是也能说明一些问题。写这篇文章的目的一是希望和朋友们共同学习模式的相关内容，另一方面也希望朋友们能够活学活用，既不要迷信权威，也不要妄自菲薄。只要付出努力，付出汗水，肯定会有收获的。有些大环境你改变不了，那就从改变自己开始。万丈高楼平地起，一步一个脚印才能真真实实学到东西。如果盲目崇拜，言必google、微软、apple，那么除了带来几个唾沫星，还能有什么受用呢？无非白费了口舌而已。

希望和大家共勉。

winston · 发表于 2011-12-19 23:28:39

C语言和设计模式（之单件模式）【声明：版权所有，欢迎转载，请勿用于商业用途。联系信箱：feixiaoxing @163.com】

有过面试经验的朋友，或者对设计模式有点熟悉的朋友，都会对单件模式不陌生。对很多面试官而言，单件模式更是他们面试的保留项目。其实，我倒认为，单件模式算不上什么设计模式。最多也就是个技巧。
单件模式要是用C++写，一般这么写。
view plain

#include <string.h>
#include <assert.h>
class object
{
public:
static
class object* pObject;
static object* create_new_object()
{
if(NULL != pObject)
return pObject;
pObject = new object();
assert(NULL != pObject);
return pObject;
}
private:
object() {}
~object() {}
};
class object* object::pObject = NULL;

单件模式的技巧就在于类的构造函数是一个私有的函数。但是类的构造函数又是必须创建的？怎么办呢？那就只有动用static函数了。我们看到static里面调用了构造函数，就是这么简单。

view plain

int main(int argc, char* argv[])
{
object* pGlobal = object::create_new_object();
return 1;
}

上面说了C++语言的编写方法，那C语言怎么写？其实也简单。大家也可以试一试。

view plain

typedef
struct _DATA
{
void* pData;
}DATA;
void* get_data()
{
static DATA* pData = NULL;
if(NULL != pData)
return pData;
pData = (DATA*)malloc(sizeof(DATA));
assert(NULL != pData);
return (void*)pData;
}

winston · 发表于 2011-12-19 23:29:20

C语言和设计模式（之原型模式）【声明：版权所有，欢迎转载，请勿用于商业用途。联系信箱：feixiaoxing @163.com】

原型模式本质上说就是对当前数据进行复制。就像变戏法一样，一个鸽子变成了两个鸽子，两个鸽子变成了三个鸽子，就这么一直变下去。在变的过程中，我们不需要考虑具体的数据类型。为什么呢？因为不同的数据有自己的复制类型，而且每个复制函数都是虚函数。
用C++怎么编写呢，那就是先写一个基类，再编写一个子类。就是这么简单。
view plain

class data
{
public:
data () {}
virtual ~data() {}
virtual
class data* copy() = 0;
};
class data_A : public data
{
public:
data_A() {}
~data_A() {}
class data* copy()
{
return
new data_A();
}
};
class data_B : public data
{
public:
data_B() {}
~data_B() {}
class data* copy()
{
return
new data_B();
}
};

那怎么使用呢？其实只要一个通用的调用接口就可以了。
view plain

class data* clone(class data* pData)
{
return pData->copy();
}

就这么简单的一个技巧，对C来说，当然也不是什么难事。

view plain

typedef
struct _DATA
{
struct _DATA* (*copy) (struct _DATA* pData);
}DATA;

假设也有这么一个类型data_A,

view plain

DATA data_A = {data_copy_A};

既然上面用到了这个函数，所以我们也要定义啊。

view plain

struct _DATA* data_copy_A(struct _DATA* pData)
{
DATA* pResult = (DATA*)malloc(sizeof(DATA));
assert(NULL != pResult);
memmove(pResult, pData, sizeof(DATA));
return pResult;
};

使用上呢，当然也不含糊。

view plain

struct _DATA* clone(struct _DATA* pData)
{
return pData->copy(pData);
};

winston · 发表于 2011-12-19 23:29:45

C语言和设计模式（之组合模式）【声明：版权所有，欢迎转载，请勿用于商业用途。联系信箱：feixiaoxing @163.com】

组合模式听说去很玄乎，其实也并不复杂。为什么?大家可以先想一下数据结构里面的二叉树是怎么回事。为什么就是这么一个简单的二叉树节点既可能是叶节点，也可能是父节点?
view plain

typedef
struct _NODE
{
void* pData;
struct _NODE* left;
struct _NODE* right;
}NODE;

那什么时候是叶子节点，其实就是left、right为NULL的时候。那么如果它们不是NULL呢，那么很明显此时它们已经是父节点了。那么，我们的这个组合模式是怎么一个情况呢？
view plain

typedef
struct _Object
{
struct _Object** ppObject;
int number;
void (*operate)(struct _Object* pObject);
}Object;

就是这么一个简单的数据结构，是怎么实现子节点和父节点的差别呢。比如说，现在我们需要对一个父节点的operate进行操作，此时的operate函数应该怎么操作呢？
view plain

void operate_of_parent(struct _Object* pObject)
{
int index;
assert(NULL != pObject);
assert(NULL != pObject->ppObject && 0 != pObject->number);
for(index = 0; index < pObject->number; index ++)
{
pObject->ppObject[index]->operate(pObject->ppObject[index]);
}
}

当然，有了parent的operate，也有child的operate。至于是什么操作，那就看自己是怎么操作的了。

view plain

void operate_of_child(struct _Object* pObject)
{
assert(NULL != pObject);
printf("child node!\n");
}

父节点也好，子节点也罢，一切的一切都是最后的应用。其实，用户的调用也非常简单，就这么一个简单的函数。

view plain

void process(struct Object* pObject)
{
assert(NULL != pObject);
pObject->operate(pObject);
}

winston · 发表于 2011-12-19 23:30:07

C语言和设计模式（之模板模式）【声明：版权所有，欢迎转载，请勿用于商业用途。联系信箱：feixiaoxing @163.com】

模板对于学习C++的同学，其实并不陌生。函数有模板函数，类也有模板类。那么这个模板模式是个什么情况？我们可以思考一下，模板的本质是什么。比如说，现在我们需要编写一个简单的比较模板函数。
view plain

template <typename type>
int compare (type a, type b)
{
return a > b ? 1 : 0;
}

模板函数提示我们，只要比较的逻辑是确定的，那么不管是什么数据类型，都会得到一个相应的结果。固然，这个比较的流程比较简单，即使没有采用模板函数也没有关系。但是，要是需要拆分的步骤很多，那么又该怎么办呢？如果相通了这个问题，那么也就明白了什么是template模式。

比方说，现在我们需要设计一个流程。这个流程有很多小的步骤完成。然而，其中每一个步骤的方法是多种多样的，我们可以很多选择。但是，所有步骤构成的逻辑是唯一的，那么我们该怎么办呢？其实也简单。那就是在基类中除了流程函数外，其他的步骤函数全部设置为virtual函数即可。
view plain

class basic
{
public:
void basic() {}
virtual ~basic() {}
virtual
void step1() {}
virtual
void step2() {}
void process()
{
step1();
step2();
}
};

basic的类说明了基本的流程process是唯一的，所以我们要做的就是对step1和step2进行改写。

view plain

class data_A : public basic
{
public:
data_A() {}
~data_A() {}
void step1()
{
printf("step 1 in data_A!\n");
}
void step2()
{
printf("step 2 in data_A!\n");
}
};

所以，按照我个人的理解，这里的template主要是一种流程上的统一，细节实现上的分离。明白了这个思想，那么用C语言来描述template模式就不是什么难事了。
view plain

typedef
struct _Basic
{
void* pData;
void (*step1) (struct _Basic* pBasic);
void (*step2) (struct _Basic* pBasic);
void (*process) (struct _Basic* pBasic);
}Basic;

因为在C++中process函数是直接继承的，C语言下面没有这个机制。所以，对于每一个process来说，process函数都是唯一的，但是我们每一次操作的时候还是要去复制一遍函数指针。而step1和step2是不同的，所以各种方法可以用来灵活修改自己的处理逻辑，没有问题。

view plain

void process(struct _Basic* pBasic)
{
pBasic->step1(pBasic);
pBasic->step2(pBasic);
}

winston · 发表于 2011-12-19 23:30:31

工厂模式是比较简单，也是比较好用的一种方式。根本上说，工厂模式的目的就根据不同的要求输出不同的产品。比如说吧，有一个生产鞋子的工厂，它能生产皮鞋，也能生产胶鞋。如果用代码设计，应该怎么做呢？

view plain

typedef
struct _Shoe
{
int type;
void (*print_shoe)(struct _Shoe*);
}Shoe;

就像上面说的，现在有胶鞋，那也有皮鞋，我们该怎么做呢？

view plain

void print_leather_shoe(struct _Shoe* pShoe)
{
assert(NULL != pShoe);
printf("This is a leather show!\n");
}
void print_rubber_shoe(struct _Shoe* pShoe)
{
assert(NULL != pShoe);
printf("This is a rubber shoe!\n");
}

所以，对于一个工厂来说，创建什么样的鞋子，就看我们输入的参数是什么？至于结果，那都是一样的。

view plain

#define LEATHER_TYPE 0x01
#define RUBBER_TYPE 0x02
Shoe* manufacture_new_shoe(int type)
{
assert(LEATHER_TYPE == type || RUBBER_TYPE == type);
Shoe* pShoe = (Shoe*)malloc(sizeof(Shoe));
assert(NULL != pShoe);
memset(pShoe, 0, sizeof(Shoe));
if(LEATHER_TYPE == type)
{
pShoe->type == LEATHER_TYPE;
pShoe->print_shoe = print_leather_shoe;
}
else
{
pShoe->type == RUBBER_TYPE;
pShoe->print_shoe = print_rubber_shoe;
}
return pShoe;
}

winston · 发表于 2011-12-19 23:30:55

C语言和设计模式（责任链模式）
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责任链模式是很实用的一种实际方法。举个例子来说，我们平常在公司里面难免不了报销流程。但是，我们知道公司里面每一级的领导的报批额度是不一样的。比如说，科长的额度是1000元，部长是10000元，总经理是10万元。
那么这个时候，我们应该怎么设计呢？其实可以这么理解。比如说，有人来找领导报销费用了，那么领导可以自己先看看自己能不能报。如果费用可以顺利报下来当然最好，可是万一报不下来呢？那就只能请示领导的领导了。

view plain

typedef
struct _Leader
{
struct _Leader* next;
int account;
int (*request)(strcut _Leader* pLeader, int num);
}Leader;

所以这个时候，我们首先需要设置额度和领导。

view plain

void set_account(struct _Leader* pLeader, int account)
{
assert(NULL != pLeader);
pLeader->account = account;
return;
}
void set_next_leader(const
struct _Leader* pLeader, struct _Leader* next)
{
assert(NULL != pLeader && NULL != next);
pLeader->next = next;
return;
}

此时，如果有一个员工过来报销费用，那么应该怎么做呢？假设此时的Leader是经理，报销额度是10万元。所以此时，我们可以看看报销的费用是不是小于10万元？少于这个数就OK，反之就得上报自己的领导了。

view plain

int request_for_manager(struct _Leader* pLeader, int num)
{
assert(NULL != pLeader && 0 != num);
if(num < 100000)
return 1;
else
if(pLeader->next)
return pLeader->next->request(pLeader->next, num);
else
return 0;
}

winston · 发表于 2011-12-31 19:42:56

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前面我们写过的工厂模式实际上是对产品的抽象。对于不同的用户需求，我们可以给予不同的产品，而且这些产品的接口都是一致的。而抽象工厂呢？顾名思义，就是说我们的工厂是不一定的。怎么理解呢，举个例子。
假设有两个水果店都在卖水果，都卖苹果和葡萄。其中一个水果店买白苹果和白葡萄，另外一个水果店卖红苹果和红葡萄。所以说，对于水果店而言，尽管都在卖水果，但是两个店卖的品种不一样。
既然水果不一样，那我们先定义水果。

typedef struct _Apple
{
void (*print_apple)();
}Apple;
typedef struct _Grape
{
void (*print_grape)();
}Grape;

复制代码

上面分别对苹果和葡萄进行了抽象，当然它们的具体函数也是不一样的。

void print_white_apple()
{
printf("white apple!\n");
}
void print_red_apple()
{
printf("red apple!\n");
}
void print_white_grape()
{
printf("white grape!\n");
}
void print_red_grape()
{
printf("red grape!\n");
}

复制代码

完成了水果函数的定义。下面就该定义工厂了，和水果一样，我们也需要对工厂进行抽象处理。

typedef struct _FruitShop
{
Apple* (*sell_apple)();
Apple* (*sell_grape)();
}FruitShop;

复制代码

所以，对于卖白苹果、白葡萄的水果店就该这样设计了，红苹果、红葡萄的水果店亦是如此。

Apple* sell_white_apple()
{
Apple* pApple = (Apple*) malloc(sizeof(Apple));
assert(NULL != pApple);
pApple->print_apple = print_white_apple;
return pApple;
}
Grape* sell_white_grape()
{
Grape* pGrape = (Grape*) malloc(sizeof(Grape));
assert(NULL != pGrape);
pGrape->print_grape = print_white_grape;
return pGrape;
}

复制代码

这样，基本的框架就算搭建完成的，以后创建工厂的时候，

FruitShop* create_fruit_shop(int color)
{
FruitShop* pFruitShop = (FruitShop*) malloc(sizeof(FruitShop));
assert(NULL != pFruitShop);
if(WHITE == color)
{
pFruitShop->sell_apple = sell_white_apple;
pFruitShop->sell_grape = sell_white_grape;
}
else
{
pFruitShop->sell_apple = sell_red_apple;
pFruitShop->sell_grape = sell_red_grape;
}
return pFruitShop;
}

复制代码

作者：feixiaoxing 发表于2011-12-20 22:38:47 原文链接

winston · 发表于 2011-12-31 19:44:08

typedef struct _Container
{
int* pData;
int size;
int length;
Interator* (*create_new_interator)(struct _Container* pContainer);
int (*get_first)(struct _Container* pContainer);
int (*get_last)(struct _Container* pContainer);
}Container;

复制代码

我们看到，容器可以创建迭代器。那什么是迭代器呢？

typedef struct _Interator
{
void* pVector;
int index;
int(* get_first)(struct _Interator* pInterator);
int(* get_last)(struct _Interator* pInterator);
}Interator;

复制代码

我们看到，容器有get_first，迭代器也有get_first，这中间有什么区别？

int vector_get_first(struct _Container* pContainer)
{
assert(NULL != pContainer);
return pContainer->pData[0];
}
int vector_get_last(struct _Container* pContainer)
{
assert(NULL != pContainer);
return pContainer->pData[pContainer->size -1];
}
int vector_interator_get_first(struct _Interator* pInterator)
{
Container* pContainer;
assert(NULL != pInterator && NULL != pInterator->pVector);
pContainer = (struct _Container*) (pInterator->pVector);
return pContainer ->get_first(pContainer);
}
int vector_interator_get_last(struct _Interator* pInterator)
{
Container* pContainer;
assert(NULL != pInterator && NULL != pInterator->pVector);
pContainer = (struct _Container*) (pInterator->pVector);
return pContainer ->get_last(pContainer);
}

复制代码

看到上面的代码之后，我们发现迭代器的操作实际上也是对容器的操作而已。

作者：feixiaoxing 发表于2011-12-21 21:21:58 原文链接

winston · 发表于 2011-12-31 19:44:56

C语言和设计模式（外观模式）

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外观模式是比较简单的模式。它的目的也是为了简单。什么意思呢？举个例子吧。以前，我们逛街的时候吃要到小吃一条街，购物要到购物一条街，看书、看电影要到文化一条街。那么有没有这样的地方，既可以吃喝玩乐，同时相互又靠得比较近呢。其实，这就是悠闲广场，遍布全国的万达广场就是干了这么一件事。
首先，我们原来是怎么做的。

typedef struct _FoodSteet
{
void (*eat)();
}FoodStreet;
void eat()
{
printf("eat here!\n");
}
typedef struct _ShopStreet
{
void (*buy)();
}ShopStreet;
void buy()
{
printf("buy here!\n");
}
typedef struct _BookStreet
{
void (*read)();
}BookStreet;
void read()
{
printf("read here");
}

复制代码

下面，我们就要在一个plaza里面完成所有的项目，怎么办呢？

typedef struct _Plaza
{
FoodStreet* pFoodStreet;
ShopStreet* pShopStreet;
BookStreet* pBookStreet;
void (*play)(struct _Plaza* pPlaza);
}Plaza;
void play(struct _Plaza* pPlaza)
{
assert(NULL != pPlaza);
pPlaza->pFoodStreet->eat();
pPlaza->pShopStreet->buy();
pPlaza->pBookStreet->read();
}

复制代码

作者：feixiaoxing 发表于2011-12-24 21:24:27 原文链接

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