市面上的“設計模式“書籍文章,皆針對Java/C++/C#等面向對象語言,似乎離開了面向對象的種種特性,設計模式就無法實現,沒有用武之地了。
是這樣嗎?設計模式的概念是從建筑領域引入的,本身從沒歧視過面向過程編程語言,它只是對一類問題的普遍解決方案而已。面向對象語言因為有類、多態等特點,使得開發者們容易達到:隱藏細節、封裝變化,而這與設計模式的目的比較一致,所以大師們愛把設計模式與面向對象語言二位一體的使用。然而,存在即合理,C語言直到今日仍然在大型軟件工程中擔綱主角,其種種設計方法其實與我們通常見到的設計模式本質是相同的。例如nginx這個純C語言寫就的的高性能WEB服務器,就有許多地方使用到了市面書籍提到的設計模式。下面通過nginx源碼來看看C語言是怎么做的。當然,UML圖都是我根據代碼意圖所畫,并不準確(C語言真沒法畫UML),只用于方便理解,呵呵。
strategy模式:
該模式用于客戶代碼在“無知”狀態下,可以使用種種不同的實現。下面我們以nginx對網絡IO操作的封裝部分來看看C語言的實現吧。
設計模式就是通過封裝變化來解耦,所以,我們先要找出網絡IO操作的變化點來。nginx是跨平臺的,它會支持linux、freebsd、solaris等操作系統,而每個操作系統的網絡IO操作是不同的,這就是變化點了。
所以,nginx首先定義了ngx_os_io_t來封裝這些變化。
- typedef struct {
- ngx_recv_pt recv;
- ngx_recv_chain_pt recv_chain;
- ngx_recv_pt udp_recv;
- ngx_send_pt send;
- ngx_send_chain_pt send_chain;
- ngx_uint_t flags;
- } ngx_os_io_t;
這里有五個函數指針(*_pt都是函數指針)和一個變量,用于收發網絡數據,我把它理解為OO中的abstract class(每個ngx_os_io_t定義的變量都會重新實現這五個函數)。
擁有函數指針的struct,我通常認為它們是OO中的abstract class,實現它們的文件(一堆函數)要對應到OO上,我則喜歡把它們當做子類來看。對于void*這樣的成員,要根據意圖來看了,通常我會轉換成聚合加繼承的關系。

ngx_io會在相應的ngx_os_specific_init方法中,來策略性的選擇到底使用哪個實現。客戶代碼只需要簡單的調用ngx_io中的方法即可。
adapter模式:
這個模式用以適配接口,通常都是我們已經定義好一種接口了,有一個新的實現卻有著不同的接口,接下來adapter就開始發力了。下面我們仍然以nginx對網絡IO操作的封裝部分來看。
linux平臺下可能存在普通的IO或者異步IO方式。我們在最初已經封裝好ngx_os_io_t接口了,客戶代碼都是這么直接使用的。現在linux實現了異步IO,而它的調用方式與普通的讀寫IO接口完全不同,所以,如果要支持aoi就需要一層adapter來適配ngx_os_io_t,這就是adapter方式了。

上圖中,ngx_os_aio適配了原生的異步IO接口,這樣,用戶代碼仍然像以前一樣,只要直接使用ngx_io中的五個接口方法,當nginx的IO部分支持linux aio后,用戶代碼不需要修改。
bridge橋模式:
橋模式用于將抽象和實現分離,各自都能獨立的變化。下面以nginx的核心概念module舉例,雖然有些牽強,因為nginx的代碼從來沒這么用過:通常都是一個抽象module context只對應著一個實現module來用,但是,畢竟這種結構下還是可以達到抽象與實現分離的目的,橋模式只好對應到這上面了。
nginx是以module的概念貫穿始終的。它有一個基本的抽象層ngx_core_module_t(從意圖上判斷,context有抽象接口的功能,雖然簡單從語法上看不出)。然后,nginx module有三個基本類型,分別是event(處理各種事件模型,如epoll/select等),http(處理各種http協議的事件),mail(處理mail相關的事件)。針對每種類型的module,都有許多個實現,比如event module就有9個實現,這里的每個實現其實也是個子類。
但是,在我們理解橋模式時,這些子類暫時要被看成是event module的實例。代碼中看,像ngx_epoll_module這樣的子類中,還是把一些通用的細節隱藏給ngx_event_core_module來做(管理這個詞更合適)了。從這個角度可以認為,通過context接口,把三個基本module實現分開了。來看看類圖:

nginx自己用時,是以ngx_module_t中的type成員來決定使用哪個實現的。目前的nginx代碼中,如果用了一種接口就一定會指定相應的type??墒菍嶋H上,這也可以用來展示橋模式。以事件module為例來看看:

由于UML本就是針對OO語言的,所以以上我畫的類圖都比較牽強,什么是繼承?什么是聚合?在C語言中,往往都是通過幾個函數指針,或者void*指針實現各種封裝和多態。沒有什么語法上的關聯,我就只能從代碼意圖中來判斷了。而代碼意圖這個比較虛,因為不同的角度理解出來都不一樣,所以這個確實不好畫。太靈活了點,我只能從一個便于說明的角度來看,例如:上面的ngx_devpoll_module其實就是一個ngx_module_t,呵呵,但是,實際上它最關心的是ngx_event_actions_t的實現,如果完全根據語法來看,根本說不通的。但從代碼意圖中看,這些module并不關心ngx_module_t,所以我認為,它們只是在實現ngx_event_module_t了。
當然以上只是一家之言,不必當真,如果對nginx源碼有研究的話,歡迎各位拍磚。
客觀的說,C語言確實在封裝上很差,就像nginx,如果我們要開發一個處理http協議的module嵌入進nginx進程,必須了解ngx_http_module里到底做了什么,真沒隱藏啥細節,module開發者們表示很郁悶。上面的這些設計模式,只是做到了代碼上的解藕。如果nginx用C++寫的話,我相信,現在第三方module都能數以萬計了。
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