關于低耦合的消息傳遞,實現的方式有很多,哪種方法更好與具體的使用環境有關,本文使用試錯的方法,逐步探索達成這一目的具體方式,并理解實現方式背后的原因。
面向對象的系統當中,不可避免的有大量的類間消息傳遞的需求:一個類需要通知另一個或幾個類做些什么。
這種類間消息傳遞,簡單的說,就是調用其他類的方法。
如下:
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void A::OnMessageXX()
2

{
3
B::GetInstance()->DoSomething();
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}
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在這里,類A需要通知類B做些事情。這種調用在所有的面向對象程序中都是極其常見的。
但是如果類A需要調用類B,就不可避免的產生了耦合性。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。
(至于為什么在設計中應該盡可能降低耦合性,不在本文的探討范圍之內)
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的實例,并調用了B的相關方法。使用Singleton的一個缺點是,假若我們希望對類A編寫測試代碼,我們需要做一些額外的解耦合工作。(關于編寫測試與解耦合,可以參考Robert C. Martin Series 的Working Effectively with Legacy Code一書,該書的中譯版在這 )
我們也可以通過將B參數化的方法降低A與B間的耦合程度,像下面這樣:
1 void A::OnMessageXX(B* pBInstance)
2 {
3 pBInstance->DoSomething();
4
5 }
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現在的寫法要比之前的做法耦合性低,通過使用多態的方法,現在傳入函數的類B指針可能是另一個實現了B的相應接口的派生類,A并不關心B接口背后的具體實現。
但是等等,你說,現在對類B的耦合性雖然在A中被降低了,但是依舊存在于調用A::OnMessageXX的地方。在那里我們還是需要取得B的實例,然后傳遞給A。
沒錯,是這樣。
通過參數化類A的方法,我們把類A與類B間的耦合轉移了一部分到A的調用者那里。實際上總的耦合并沒有消除,只是被分解了。但是程序設計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,使得我們在未來需求變更的時候,類A有更大的可能性不需要被修改,并且對功能的擴展更加友好,這就達成了我們的目標了。
基于上述做法,如果我們在未來擴展是派生出一個B的子類,override相關的方法,那么類A的代碼基本是不需要修改的。
不過,問題是,假若A::OnMessageXX中,并不僅僅需要對類B發出消息,還需要對一系列相關的類B1,B2,B3等等發出消息呢?
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的對象需要被通知到,所以我們可以用一個列表把他們串起來,然后在循環中通知他們去干活。不過這樣做的前提是,這一系列B對象都是派生自一個公共基類B,有共通的接口;此外,我們需要在A的OnMessageXX被調用之前構造一個需要接受通知的B對象列表。
當A需要通知B,C,D等一系列沒有公共接口的對象的時候,上面的這種做法就無法處理了。
對于B、C、D等需要由A來調用的類來說,它們需要在A通知它們的時候,做一些特定的事情。而又A則是在某些特定的時刻需要通知B、C、D。這樣,我們可以把問題看成一個消息響應機制。
B、C、D可以在A的某些事件上注冊一些回調函數,當事件發生時,A確保注冊該事件的函數被調用到。
如下:
typedef void(callback*)();
class A {
public:
enum EventIds {
EVENT_MSG1,
EVENT_MSG2,
};
void RegisterEvent(int nEventId, callback pfn);
private:
callback m_pfnCallback;
};
現在,B可以調用A::RegisterEvent注冊一個事件,并傳遞一個函數指針給A。
當A中發生了注冊的事件時,這個函數指針會被回調到。
不過這種簡單的做法適應性很差:
1、 不能支持單個事件的多個callback (可能有很多類都需要注冊該事件,并在事件發生時依次被回調)
2、 不能支持多個事件的同時存在
3、 回調函數沒有參數’
針對問題1,2,我們可以使用一個事件映射解決問題,做法如下:
typedef int EventId;
typedef void (callback*)();
typedef std::list<callback> CallbackList;
typedef std::map<EventId, CallbackList> CallbackMap;
現在這個數據結構就能夠支持多個event同時存在,且每個event都可以支持多個回調函數了。
但是這種用法依舊很不方便,如果類B想要注冊A上的一個事件,他需要定義一個 callback類型的函數,并把這個函數的地址傳遞給A。問題是,往往我們希望類B的回調函數在被調用到的時候,對類B中的數據和狀態進行修改,而一個單獨的函數,若想獲得/修改B中的狀態,則必須要與類B緊密耦合。(通過獲取全局對象,或者Singleton的方式)
這種緊密耦合引發我們的思考,能否在Callback中同時包含類B的指針與類B的成員函數。
答案是肯定的:泛型回調 就可以做到這一點。關于泛型回調(Generic callback)的信息,在Herb Sutter的Exceptional C++ Style 的35條中有詳細介紹。
一下比較簡單的泛型回調的定義如下:
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) {} // 綁定到實際對象
void operator() () const { (object->*f)(); } // 調用回調函數
private:
T* object;
Func f;
};
有了這種泛型回調類,我們就可以將類B的實例與B的成員回調函數綁定在一起注冊到容器當中了,而不必再被如何在普通函數中修改B對象狀態的問題所困擾了。不過回調函數的參數問題依舊。如果想支持參數,我們不得不對每一種參數類型做一個不同的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)進行參數傳遞。
但是還有更完善的解決方案,不需要id號,也不需要泛型回調,Ogre采用Listener的方式實現的類間消息傳遞不僅可以支持單個類B對類A中某個事件的單次/多次注冊,也可以支持類B、C、D對同一個事件的注冊。而且可以完美的解決參數傳遞問題。
具體的方案如下:
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class A
{
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public:
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class Listener
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{
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public:
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virtual void OnMessageXX(int param1, float param2) = 0;
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virtual void OnMessageYY(int param1, const std::string& param2) = 0;
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};
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void registerListener(Listener* obj)
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{
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m_lstListener.push_back(obj);
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}
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void removeListener(Listener* obj)
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{
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ListenerList::iterator itr = std::find(m_lstListener.begin(), m_lstListener.end(), obj);
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if (itr != m_lstListener.end())
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m_lstListener.erase(itr);
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}
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private:
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typedef std::list<Listener*> ListenerList;
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ListenerList m_lstListeners;
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};
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有了以上定義,當類A收到某個消息XX之后,只需遍歷m_lstListeners列表,調用所有列表成員的OnMessageXX即可。
而所有注冊A的消息的類,都必須從A::Listener派生一個類,在它感興趣的消息處理函數中做出相應處理,而對不感興趣的消息,只需設為空函數即可。
一個簡單的類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在創建自身實例時,接受一個A的指針(這是合理的,因為類B需要監聽類A的消息,理應知道A的存在),并創建一個派生自A::Listener 的監聽者對象,并把自身的指針傳遞給該對象,以使得該監聽者改變類B的狀態,而后類B將創建好的監聽者對象加入到A的監聽者列表中。
在B進行析構的時候,需要從A中刪除自己注冊的監聽者。而后將該對象釋放。
這種做法的好處:
1、 類B(以及類C等)對類A實現了信息隱藏,類A不再關注任何需要監聽它自身消息的其他類,只需關注其自身的狀態。從而減低了類A與其他與之關聯的類之間的耦合。(類A不必再費盡心機的去獲取B的指針,不管是通過全局變量,還是Singleton,還是參數,還是類成員變量,都不再需要了,A只關心在 Listener中定義好的一組接口即可)而且,如果有必要類B可以對同一個消息注冊多次,且可以對同一消息有不同的反應(通過定義不同的 BListener實現達到這一目的),只需在B不再需要監聽相關消息時將所注冊過的對象注銷掉即可。
2、 由于1中所述,類A的實現無需關心類B的實現,因此類A的邏輯中不需要包含任何類B的方法調用,從而,類A的cpp文件中,無需包含類B的頭文件,(可能還包括類C,D等等,此處類B指代需要根據類A狀態而做出動作的類)從而降低編譯時間,這是解耦合所帶來的附加好處。
3、 同樣是解耦合帶來的好處:因為無需關注類B等等其他類的實現,類A的代碼邏輯變得更加清晰,并且減少未來邏輯需求變更的改動所需要付出的代價(邏輯變更可能需要更改接口,需要增加狀態判斷,無論是調試時間還是編譯時間都是不可忽視的代價)。
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