使用C++創(chuàng)建傳感器接口

在過去的幾篇文章中，我們一直在探索開發(fā)人員如何與傳感器交互并開發(fā)可重用的驅(qū)動程序。在“與現(xiàn)代傳感器接口：接口設(shè)計(jì)”中，我們研究了如何使用 C 設(shè)計(jì)傳感器接口。在本文中，我們將從更面向?qū)ο蟮慕嵌仁褂?C++ 創(chuàng)建傳感器接口。

使用 UML 進(jìn)行界面設(shè)計(jì)

統(tǒng)一建模語言(UML) 提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方式來表達(dá)獨(dú)立于編程語言的軟件概念。在開始編寫代碼之前，想要設(shè)計(jì)傳感器接口的開發(fā)人員應(yīng)該創(chuàng)建一個簡單的類圖，展示他們的傳感器接口類的外觀。例如，傳感器的類圖可能如下所示：

（來源：雅各布·貝寧戈）

此圖中有幾個有趣的點(diǎn)需要注意。首先，接口是繼承類必須實(shí)現(xiàn)的操作的集合。讀者會注意到我們的頂層是一個接口，它描述了每個繼承類必須實(shí)現(xiàn)的操作。在此示例中，這包括以下操作：

初始化傳感器
寫入傳感器
從傳感器讀取

任何傳感器都至少有這些操作，但它們可能會提供額外的方法，例如 Power 類也提供校準(zhǔn)操作。在面向?qū)ο蟮男g(shù)語中，傳感器類是一個抽象類。其次，我們使用空心箭頭表示實(shí)現(xiàn)類繼承自接口。溫度、濕度和功率都是實(shí)現(xiàn)傳感器的類。最后，Power 類還作為一個附加方法（操作），calibrate，它不是 Sensor 接口的一部分。

在 C++ 中實(shí)現(xiàn)接口

C++ 沒有像 Java 等其他面向?qū)ο蟮木幊陶Z言那樣特別具有接口。C++ 僅使用抽象類提供接口功能。抽象類是其他類從其繼承的具有至少一個純虛函數(shù)的基類。純虛函數(shù)是已聲明但未提供實(shí)現(xiàn)的函數(shù)。相反，繼承類必須提供實(shí)現(xiàn)。回想一下我們的 UML 圖，這是有道理的。Sensor 類正在創(chuàng)建一個契約，所有傳感器都將提供 Init、Write 和 Read 操作，但 Sensor 類本身不知道如何實(shí)現(xiàn)這些操作。它將實(shí)現(xiàn)留給類實(shí)現(xiàn)來完成。

在 C++ 中創(chuàng)建接口相對簡單。開發(fā)人員像任何其他類一樣創(chuàng)建該類，只是它們不包含構(gòu)造函數(shù)，這取決于實(shí)現(xiàn)類，但仍應(yīng)創(chuàng)建解構(gòu)函數(shù)。然后將每個操作聲明為純虛函數(shù)。Sensor 接口基類的示例如下所示：

類傳感器接口
{
??? 上市：
??????? 虛擬 void Init() = 0;
??????? 虛擬無效寫入（）= 0；
??????? 虛擬無效讀?。ǎ? 0；
};

除了通常稱為方法的函數(shù)被聲明為虛擬并分配一個空值之外，該類的創(chuàng)建方式與任何其他類一樣。我們還包括一個析構(gòu)函數(shù)以確保我們也可以進(jìn)行清理。

實(shí)現(xiàn)一個新的傳感器類

在我們的示例圖中，我們有三個不同的繼承類，溫度、濕度和功率。我們當(dāng)然可以有更多或更少，我們甚至可能有與這些類相關(guān)或繼承自這些類的類。不過今天，我們有興趣了解如何讓我們的傳感器類從接口（抽象類）繼承。

當(dāng)我們定義將從 SensorInterface 類繼承的傳感器類時(shí)，我們將定義如下類：

溫度類：公共傳感器接口
{
??? 上市：
??????? 無效初始化（）；
??????? 無效寫入（）；
??????? 無效讀取（）；
};

類濕度：公共傳感器接口
{
??? 上市：
??????? 無效初始化（）；
??????? 無效寫入（）；
??????? 無效讀?。ǎ?；
};

類電源：公共傳感器接口
{
??? 上市：
??????? 無效初始化（）；
??????? 無效寫入（）；
??????? 無效讀?。ǎ?；
??????? 無效校準(zhǔn)（）；
};

如您所見，我們在新類定義之后使用：，然后是基類。新類必須定義純虛函數(shù)才能實(shí)例化該類。今天我不打算詳細(xì)介紹它的外觀，但為了給你一個大致的概念，我使用的符號是用于外部定義的，所以每個類都有一個形式的實(shí)現(xiàn)：

類::函數(shù)
{

}

結(jié)論

基類可用于設(shè)計(jì)其他類可以繼承的接口。以這種方式創(chuàng)建接口的好處是它在應(yīng)用程序和對象之間創(chuàng)建了關(guān)于如何使用它的合同。這有助于抽象出有關(guān)幕后發(fā)生的事情的細(xì)節(jié)，從而為設(shè)計(jì)增加靈活性和可擴(kuò)展性。當(dāng)我們開始考慮與低級硬件對象交互時(shí)，這絕對是有利的。

Jacob Beningo 是一名嵌入式軟件顧問、技術(shù)顧問和教育家，目前與十幾個國家的客戶合作，以??極大地改變他們的軟件、系統(tǒng)和流程。請隨時(shí)通過 jacob@beningo.com 和他的網(wǎng)站 www.beningo.com 與他聯(lián)系，并在此處注冊他的每月嵌入式字節(jié)通訊。