(轉(zhuǎn))

關(guān)于低耦合的消息傳遞，實(shí)現(xiàn)的方式有很多，哪種方法更好與具體的使用環(huán)境有關(guān)，本文使用試錯(cuò)的方法，逐步探索達(dá)成這一目的具體方式，并理解實(shí)現(xiàn)方式背后的原因。

 

面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)當(dāng)中，不可避免的有大量的類間消息傳遞的需求：一個(gè)類需要通知另一個(gè)或幾個(gè)類做些什么。

 

這種類間消息傳遞，簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是調(diào)用其他類的方法。

如下：

void A::OnMessageXX()

{

         B::GetInstance()->DoSomething();

}

在這里，類A需要通知類B做些事情。這種調(diào)用在所有的面向?qū)ο蟪绦蛑卸际菢O其常見(jiàn)的。

 

但是如果類A需要調(diào)用類B，就不可避免的產(chǎn)生了耦合性。雖然耦合性終歸是不可能完全避免的，但是在一定程度上降低耦合性是完全可能的。

（至于為什么在設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡可能降低耦合性，不在本文的探討范圍之內(nèi)）

 

上面的例子，我們使用了Singleton的模式，從全局作用域中獲取了B的實(shí)例，并調(diào)用了B的相關(guān)方法。使用Singleton的一個(gè)缺點(diǎn)是，假若我們希望對(duì)類A編寫(xiě)測(cè)試代碼，我們需要做一些額外的解耦合工作。（關(guān)于編寫(xiě)測(cè)試與解耦合，可以參考Robert C. Martin Series的Working Effectively with Legacy Code一書(shū)，該書(shū)的中譯版在這）

我們也可以通過(guò)將B參數(shù)化的方法降低A與B間的耦合程度，像下面這樣：

void A::OnMessageXX(B* pBInstance)

{

         pBInstance->DoSomething();

}

現(xiàn)在的寫(xiě)法要比之前的做法耦合性低，通過(guò)使用多態(tài)的方法，現(xiàn)在傳入函數(shù)的類B指針可能是另一個(gè)實(shí)現(xiàn)了B的相應(yīng)接口的派生類，A并不關(guān)心B接口背后的具體實(shí)現(xiàn)。

 

但是等等，你說(shuō)，現(xiàn)在對(duì)類B的耦合性雖然在A中被降低了，但是依舊存在于調(diào)用A::OnMessageXX的地方。在那里我們還是需要取得B的實(shí)例，然后傳遞給A。

 

沒(méi)錯(cuò)，是這樣。

 

通過(guò)參數(shù)化類A的方法，我們把類A與類B間的耦合轉(zhuǎn)移了一部分到A的調(diào)用者那里。實(shí)際上總的耦合并沒(méi)有消除，只是被分解了。但是程序設(shè)計(jì)中不可能完全不存在耦合，我們需要做的是”正確”，而不是”完美”。類A的耦合性降低了，使得我們?cè)谖磥?lái)需求變更的時(shí)候，類A有更大的可能性不需要被修改，并且對(duì)功能的擴(kuò)展更加友好，這就達(dá)成了我們的目標(biāo)了。

基于上述做法，如果我們?cè)谖磥?lái)擴(kuò)展是派生出一個(gè)B的子類，override相關(guān)的方法，那么類A的代碼基本是不需要修改的。

 

不過(guò)，問(wèn)題是，假若A::OnMessageXX中，并不僅僅需要對(duì)類B發(fā)出消息，還需要對(duì)一系列相關(guān)的類B1，B2，B3等等發(fā)出消息呢？

 

哦，或許我們可以這樣做：

 

void A::OnMessageXX(const std::list<B*>& lstBInstances)

{

         for (std::list<B*>::const_iterator itr = lstBInstances.begin();

                   itr != lstBInstances.end();

                   ++itr)

         {

                   (*itr)->DoSomething();

}

}

 

是的，上面這是一種做法，有一系列B的對(duì)象需要被通知到，所以我們可以用一個(gè)列表把他們串起來(lái)，然后在循環(huán)中通知他們?nèi)ジ苫睢２贿^(guò)這樣做的前提是，這一系列B對(duì)象都是派生自一個(gè)公共基類B，有共通的接口；此外，我們需要在A的OnMessageXX被調(diào)用之前構(gòu)造一個(gè)需要接受通知的B對(duì)象列表。

 

當(dāng)A需要通知B，C，D等一系列沒(méi)有公共接口的對(duì)象的時(shí)候，上面的這種做法就無(wú)法處理了。

 

對(duì)于B、C、D等需要由A來(lái)調(diào)用的類來(lái)說(shuō)，它們需要在A通知它們的時(shí)候，做一些特定的事情。而又A則是在某些特定的時(shí)刻需要通知B、C、D。這樣，我們可以把問(wèn)題看成一個(gè)消息響應(yīng)機(jī)制。

 

B、C、D可以在A的某些事件上注冊(cè)一些回調(diào)函數(shù)，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，A確保注冊(cè)該事件的函數(shù)被調(diào)用到。

 

如下：

typedef void(callback*)();

class A {

public:

         enum EventIds {

         EVENT_MSG1,

         EVENT_MSG2,

};

void RegisterEvent(int nEventId, callback pfn);

private:

callback m_pfnCallback;

};

 

現(xiàn)在，B可以調(diào)用A::RegisterEvent注冊(cè)一個(gè)事件，并傳遞一個(gè)函數(shù)指針給A。

當(dāng)A中發(fā)生了注冊(cè)的事件時(shí)，這個(gè)函數(shù)指針會(huì)被回調(diào)到。

不過(guò)這種簡(jiǎn)單的做法適應(yīng)性很差：

1、  不能支持單個(gè)事件的多個(gè)callback (可能有很多類都需要注冊(cè)該事件，并在事件發(fā)生時(shí)依次被回調(diào))

2、  不能支持多個(gè)事件的同時(shí)存在

3、  回調(diào)函數(shù)沒(méi)有參數(shù)’

 

針對(duì)問(wèn)題1，2，我們可以使用一個(gè)事件映射解決問(wèn)題，做法如下：

typedef int EventId;

typedef void (callback*)();

typedef std::list<callback> CallbackList;

typedef std::map<EventId, CallbackList> CallbackMap;

現(xiàn)在這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就能夠支持多個(gè)event同時(shí)存在，且每個(gè)event都可以支持多個(gè)回調(diào)函數(shù)了。

 

但是這種用法依舊很不方便，如果類B想要注冊(cè)A上的一個(gè)事件，他需要定義一個(gè) callback類型的函數(shù)，并把這個(gè)函數(shù)的地址傳遞給A。問(wèn)題是，往往我們希望類B的回調(diào)函數(shù)在被調(diào)用到的時(shí)候，對(duì)類B中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)進(jìn)行修改，而一個(gè)單獨(dú)的函數(shù)，若想獲得/修改B中的狀態(tài)，則必須要與類B緊密耦合。（通過(guò)獲取全局對(duì)象，或者Singleton的方式）

這種緊密耦合引發(fā)我們的思考，能否在Callback中同時(shí)包含類B的指針與類B的成員函數(shù)。

 

答案是肯定的：泛型回調(diào)就可以做到這一點(diǎn)。關(guān)于泛型回調(diào)(Generic callback)的信息，在Herb Sutter的Exceptional C++ Style的35條中有詳細(xì)介紹。

 

一下比較簡(jiǎn)單的泛型回調(diào)的定義如下：

class callbackbase {

public:

virtual void operator()() const {};

virtual ~callbackbase() = 0 {};

};

 

template <class T>

class callback : public callbackbase {

public:

typedef void (T::*Func)();

callback(T& t, Func func) : object(t), f(func) {}     // 綁定到實(shí)際對(duì)象

void operator() () const { (object->*f)(); }              // 調(diào)用回調(diào)函數(shù)

private:

T* object;

Func f;

};

 

有了這種泛型回調(diào)類，我們就可以將類B的實(shí)例與B的成員回調(diào)函數(shù)綁定在一起注冊(cè)到容器當(dāng)中了，而不必再被如何在普通函數(shù)中修改B對(duì)象狀態(tài)的問(wèn)題所困擾了。不過(guò)回調(diào)函數(shù)的參數(shù)問(wèn)題依舊。如果想支持參數(shù)，我們不得不對(duì)每一種參數(shù)類型做一個(gè)不同的typedef，像上面定義的這樣 typedef void (T::*Func)();（如：typedef void (T::*Func)(int);）

一種解決方案是借助于Any（一種任意類型類）進(jìn)行參數(shù)傳遞。

 

但是還有更完善的解決方案，不需要id號(hào)，也不需要泛型回調(diào)，Ogre采用Listener的方式實(shí)現(xiàn)的類間消息傳遞不僅可以支持單個(gè)類B對(duì)類A中某個(gè)事件的單次/多次注冊(cè)，也可以支持類B、C、D對(duì)同一個(gè)事件的注冊(cè)。而且可以完美的解決參數(shù)傳遞問(wèn)題。

 

具體的方案如下：

class A {

public:

         class Listener {

         public:

                   virtual void OnMessageXX(int param1, float param2) = 0;

                   virtual void OnMessageYY(int param1, const std::string& param2) = 0;

};

 

void registerListener(Listener* obj) { m_lstListener.push_back(obj); }

void removeListener(Listener* obj)

{

         ListenerList::iterator itr = std::find(m_lstListener.begin(), m_lstListener.end(), obj);

         if (itr != m_lstListener.end())

                   m_lstListener.erase(itr);

}

 

private:

         typedef std::list<Listener*> ListenerList;

         ListenerList m_lstListeners;

};

 

有了以上定義，當(dāng)類A收到某個(gè)消息XX之后，只需遍歷m_lstListeners列表，調(diào)用所有列表成員的OnMessageXX即可。

 

而所有注冊(cè)A的消息的類，都必須從A::Listener派生一個(gè)類，在它感興趣的消息處理函數(shù)中做出相應(yīng)處理，而對(duì)不感興趣的消息，只需設(shè)為空函數(shù)即可。

 

一個(gè)簡(jiǎn)單的類B的定義如下：

 

 

class B {

public:

         friend class BListener;

         class BListener : public A::Listener {

         public:

                   BListener(B* pBInstance) : m_pBInstance(pBInstance) {}

                   virtual void OnMessageXX(int param1, float param2)

{ m_pBInstance->DoSomething(); }

                   virtual void OnMessageYY(int param1, const std::string& param2) {}

         private:

                   B* m_pBInstance;

};

 

explicit B(A* pAInstance) : m_pAInstance(pAInstance)

{

m_pListener(new BListener(this));

m_pAInstance->registerListener(m_pListener);

}

         ~B() { m_pAInstance->removeListener(m_pListener); delete m_pListener; }

 

void DoSomething();

 

private:

         BListener* m_pListener;

}

 

類B在創(chuàng)建自身實(shí)例時(shí)，接受一個(gè)A的指針（這是合理的，因?yàn)轭怋需要監(jiān)聽(tīng)類A的消息，理應(yīng)知道A的存在），并創(chuàng)建一個(gè)派生自A::Listener的監(jiān)聽(tīng)者對(duì)象，并把自身的指針傳遞給該對(duì)象，以使得該監(jiān)聽(tīng)者改變類B的狀態(tài)，而后類B將創(chuàng)建好的監(jiān)聽(tīng)者對(duì)象加入到A的監(jiān)聽(tīng)者列表中。

在B進(jìn)行析構(gòu)的時(shí)候，需要從A中刪除自己注冊(cè)的監(jiān)聽(tīng)者。而后將該對(duì)象釋放。

 

這種做法的好處：

1、  類B（以及類C等）對(duì)類A實(shí)現(xiàn)了信息隱藏，類A不再關(guān)注任何需要監(jiān)聽(tīng)它自身消息的其他類，只需關(guān)注其自身的狀態(tài)。從而減低了類A與其他與之關(guān)聯(lián)的類之間的耦合。（類A不必再費(fèi)盡心機(jī)的去獲取B的指針，不管是通過(guò)全局變量，還是Singleton，還是參數(shù)，還是類成員變量，都不再需要了，A只關(guān)心在Listener中定義好的一組接口即可）而且，如果有必要類B可以對(duì)同一個(gè)消息注冊(cè)多次，且可以對(duì)同一消息有不同的反應(yīng)（通過(guò)定義不同的BListener實(shí)現(xiàn)達(dá)到這一目的），只需在B不再需要監(jiān)聽(tīng)相關(guān)消息時(shí)將所注冊(cè)過(guò)的對(duì)象注銷掉即可。

2、  由于1中所述，類A的實(shí)現(xiàn)無(wú)需關(guān)心類B的實(shí)現(xiàn)，因此類A的邏輯中不需要包含任何類B的方法調(diào)用，從而，類A的cpp文件中，無(wú)需包含類B的頭文件，（可能還包括類C，D等等，此處類B指代需要根據(jù)類A狀態(tài)而做出動(dòng)作的類）從而降低編譯時(shí)間，這是解耦合所帶來(lái)的附加好處。

3、  同樣是解耦合帶來(lái)的好處：因?yàn)闊o(wú)需關(guān)注類B等等其他類的實(shí)現(xiàn)，類A的代碼邏輯變得更加清晰，并且減少未來(lái)邏輯需求變更的改動(dòng)所需要付出的代價(jià)（邏輯變更可能需要更改接口，需要增加狀態(tài)判斷，無(wú)論是調(diào)試時(shí)間還是編譯時(shí)間都是不可忽視的代價(jià)）。