嵌入式系统软件设计模式：结构型模式

结构型模式概述

定义与概念

在嵌入式软件设计中，结构型模式扮演着至关重要的角色，它主要描述的是如何将类或对象按特定的布局组成更大的结构，以此来满足复杂的软件设计需求。简单来说，就是如同搭建积木一般，把不同的类或者对象当作积木块，按照一定的规则和方式组合在一起，构建出功能更强大、结构更完善的软件架构。
这些模式可以帮助开发者更好地组织代码，提高软件的可维护性、可扩展性以及复用性。例如，当软件系统规模不断扩大，功能日益复杂时，合理运用结构型模式能够清晰地划分各个模块，明确它们之间的关系，避免代码变得混乱不堪，使得整个软件项目更易于理解、修改和升级，所以它是嵌入式软件设计里不可或缺的设计思路和方法。

分类介绍

结构型模式通常可以分为类结构型模式和对象结构型模式这两大类。

类结构型模式主要依靠继承机制来组织接口和类，通过创建类之间的继承关系，子类可以继承父类的属性和方法，并且可以根据自身需求进行扩展或重写，进而构建出更大的系统结构。不过，继承关系往往会带来较高的耦合度，因为子类与父类紧密相连，父类的改变可能会影响到子类，使得代码的灵活性和可维护性在一定程度上受到限制。

而对象结构型模式则采用组合或聚合的方式来组合对象。组合是指将对象组合成树形结构，体现部分与整体的层次关系，整体对象可以控制部分对象的生命周期等；聚合则是一种相对松散的关系，部分对象可以独立于整体对象存在，整体对象只是对部分对象进行引用和使用。这种通过关联关系来组合对象的方式，相较于继承关系而言耦合度更低，符合 “合成复用原则”，能够让软件系统在应对需求变化时更加灵活，方便进行功能的扩展和调整，大部分常见的结构型模式都属于对象结构型模式。

常见结构型模式解析

适配器模式

模式作用

在嵌入式软件设计中，适配器模式发挥着重要作用，它主要用于解决接口不兼容的问题。当不同的类或模块有着各自独立的接口，而这些接口之间无法直接协同工作时，适配器模式就如同一个 “转换器”，能够让原本不匹配的接口变得相互适配，从而使这些类或模块可以一起协同工作。
比如说，在嵌入式系统里常常会遇到不同硬件设备的接口差异情况。例如，某个传感器采集模块的输出数据格式与后续数据处理模块所期望的输入格式不一致，这时就可以利用适配器模式来创建一个适配类，将传感器模块的数据格式转换为数据处理模块能够识别的格式，使得整个数据采集与处理流程能够顺利进行。再比如，当需要把旧版本硬件的驱动程序应用到新的系统环境中，而新系统对驱动的接口要求发生了变化，通过适配器模式对旧驱动进行适配，就能让其在新系统里正常工作，避免了重新开发驱动的成本，提高了代码的复用性。

实现方式

从类图结构上来看，适配器模式通常包含几个关键元素。首先是目标抽象类（Target），它定义了客户端所期望的接口；然后是适配器类（Adapter），这个类实现了目标抽象类的接口，同时它内部包含了对适配者类（Adaptee）的引用，适配者类则是拥有那些需要被适配的现有接口和方法。
在实际的代码实现中，主要有对象适配器和类适配器两种方式（以 C 语言为例，虽没有类的严格概念，但可以通过结构体和函数指针等模拟实现）。对象适配器是通过组合的方式，在适配器类中持有适配者类的实例对象，然后在适配器类的接口实现方法中调用适配者类对应的方法，并进行必要的数据格式转换或者逻辑调整来满足目标接口要求。而类适配器则是通过多重继承（在支持多重继承的语言中，C 语言可通过一些技巧模拟类似机制），让适配器类同时继承目标抽象类和适配者类，然后重写目标抽象类中的方法，在重写方法里调用适配者类的相应方法来实现适配功能。

应用案例

在嵌入式系统开发的实际场景中，适配器模式有诸多应用案例。例如，一家企业原本有一批老设备，其硬件驱动程序是按照旧版的通信协议和接口规范编写的，后来企业对系统进行了升级，新的系统采用了全新的接口标准来与硬件设备交互。为了让这些老设备能够继续在新系统中使用，开发人员采用了适配器模式，编写了对应的硬件驱动适配器。这个适配器将老设备驱动提供的接口数据按照新系统要求的格式进行转换，然后传递给新系统，同时将新系统下达的操作指令转换为老设备驱动能够理解的形式，从而实现了老设备与新系统的无缝对接，提高了硬件设备的复用性，也节省了大量更换设备的成本。

再比如，在一个智能家居系统中，不同厂商生产的智能设备有着各自不同的控制接口，有的是通过蓝牙通信，有的是基于 Zigbee 协议等。为了能让智能家居的中控系统统一管理这些不同接口的设备，开发人员运用适配器模式，针对每一种不同接口的设备开发了对应的适配器，将它们的接口统一适配为中控系统所期望的标准控制接口，使得中控系统可以方便地对各类智能设备进行控制操作，大大增强了整个智能家居系统的兼容性和扩展性。

适配器模式示例代码

以下是一个简单的适配器模式示例代码，展示了如何在嵌入式系统中使用适配器模式来解决接口不兼容的问题。

示例场景

假设我们有一个旧版本的温度传感器，其接口与新系统的接口不兼容。我们将使用适配器模式来适配旧传感器，使其能够在新系统中正常工作。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 旧版本温度传感器接口
typedef struct {
    void (*old_read_temperature)(void);
} OldTemperatureSensor;

void old_read_temperature() {
    printf("Reading temperature from old sensor...\n");
}

// 新系统期望的温度传感器接口
typedef struct {
    void (*read_temperature)(void);
} NewTemperatureSensor;

// 适配器类
typedef struct {
    NewTemperatureSensor new_sensor;
    OldTemperatureSensor* old_sensor;
} TemperatureSensorAdapter;

void adapter_read_temperature() {
    printf("Adapter converting data...\n");
    old_read_temperature();
}

TemperatureSensorAdapter* create_temperature_sensor_adapter(OldTemperatureSensor* old_sensor) {
    TemperatureSensorAdapter* adapter = (TemperatureSensorAdapter*)malloc(sizeof(TemperatureSensorAdapter));
    adapter->new_sensor.read_temperature = adapter_read_temperature;
    adapter->old_sensor = old_sensor;
    return adapter;
}

// 使用适配器模式
int main() {
    OldTemperatureSensor old_sensor = { old_read_temperature };
    TemperatureSensorAdapter* adapter = create_temperature_sensor_adapter(&old_sensor);

    // 使用新系统的接口读取温度
    adapter->new_sensor.read_temperature();

    free(adapter);
    return 0;
}

代码解析

• 旧版本温度传感器接口：定义了旧版本温度传感器的接口和实现。
• 新系统期望的温度传感器接口：定义了新系统期望的温度传感器接口。
• 适配器类：封装了旧版本温度传感器，并实现了新系统期望的接口。在适配器类的方法中调用旧版本温度传感器的方法，并进行必要的转换。
• 使用适配器模式：通过适配器类，将旧版本温度传感器适配为新系统期望的接口，使其能够在新系统中正常工作。

通过适配器模式，可以有效地解决接口不兼容的问题，提高代码的复用性和系统的兼容性。

桥接模式

核心思路

桥接模式的核心思路在于将抽象部分与它的具体实现部分进行分离，通过使用组合关系来替代继承关系，以此降低抽象和实现这两个维度之间的耦合度。在嵌入式软件系统中，随着功能需求的不断增加以及硬件平台的多样化，软件的设计往往需要具备更高的灵活性和可扩展性。桥接模式正好契合了这种需求，它允许抽象类和具体实现类能够独立地进行变化和扩展，而不会相互影响。
比如，在设计一个图形显示系统时，图形的抽象概念（如圆形、矩形等图形的抽象定义）可以作为抽象部分，而具体的显示方式（比如在不同的硬件屏幕上，像 LCD 屏幕、OLED 屏幕等的显示实现）则作为具体实现部分。通过桥接模式，我们可以在不改变图形抽象定义的情况下，轻松地为其添加新的显示方式，或者在保持某种显示方式不变的情况下，扩展新的图形种类，这样使得整个图形显示系统能够更好地适应不同的硬件环境以及功能扩展需求。

应用场景

在嵌入式软件中，桥接模式有着广泛的应用场景。当面对不同的硬件平台时，软件需要在这些平台上都能正常运行并且具备良好的可移植性，桥接模式就能发挥很大作用。例如，开发一款嵌入式的音频播放器软件，它需要支持多种不同的音频解码芯片（这些芯片有着各自不同的解码实现方式）以及运行在不同架构的嵌入式硬件上（如 ARM 架构、MIPS 架构等）。这时可以把音频播放的抽象功能（如播放、暂停、停止等操作）作为抽象部分，而将具体的音频解码实现以及针对不同硬件平台的底层驱动操作作为具体实现部分，利用桥接模式将它们进行关联。这样一来，当有新的音频解码芯片出现或者要适配新的硬件平台时，只需要在对应的具体实现部分进行修改和扩展，而不会影响到音频播放的抽象功能逻辑，极大地提高了软件的可扩展性和可维护性。
同样，在面对多变的业务逻辑场景下，比如一个嵌入式的智能监控系统，它有不同的监控模式（如实时监控、定时监控等）以及不同的报警触发机制（根据不同的传感器阈值触发不同的报警方式等）。将监控模式的抽象逻辑和具体的报警触发机制实现通过桥接模式分离，就可以方便地根据实际应用场景灵活组合和调整，快速响应业务需求的变化。

代码示例

以下是一个简单的桥接模式在嵌入式 C 语言编程环境下的代码示例示意（简化示例，仅展示核心思路）：

// 抽象类：图形形状抽象
typedef struct Shape {
    void (*draw)(struct Shape *);
    struct Renderer *renderer;  // 桥接，指向具体的渲染器
} Shape;

// 具体形状实现：圆形
typedef struct Circle {
    Shape base;
    int radius;
} Circle;

void circle_draw(Shape *shape) {
    // 通过桥接的渲染器进行具体绘制操作，这里假设有对应的绘制圆形的函数
    shape->renderer->render_circle(shape->renderer, ((Circle *)shape)->radius);
}

Circle *circle_create(int radius, struct Renderer *renderer) {
    Circle *circle = (Circle *)malloc(sizeof(Circle));
    circle->base.draw = circle_draw;
    circle->base.renderer = renderer;
    circle->radius = radius;
    return circle;
}

// 抽象类：渲染器抽象
typedef struct Renderer {
    void (*render_circle)(struct Renderer *, int radius);
} Renderer;

// 具体渲染器实现：LCD屏幕渲染器
typedef struct LCDRenderer {
    Renderer base;
    // 可能有LCD屏幕相关的属性和操作
} LCDRenderer;

void lcd_render_circle(Renderer *renderer, int radius) {
    // 具体的在LCD屏幕上绘制圆形的实现代码
    printf("在LCD屏幕上绘制半径为 %d 的圆形\n", radius);
}

LCDRenderer *lcd_renderer_create() {
    LCDRenderer *lcd_renderer = (LCDRenderer *)malloc(sizeof(LCDRenderer));
    lcd_renderer->base.render_circle = lcd_render_circle;
    return lcd_renderer;
}

在上述代码中，Shape是图形形状的抽象，Circle是具体的圆形形状实现，Renderer是渲染器的抽象，LCDRenderer是具体的 LCD 屏幕渲染器实现。通过在Shape结构体中包含Renderer指针，建立了抽象图形和具体渲染实现之间的桥接关系，这样可以灵活地组合不同的图形和渲染方式，符合桥接模式的设计理念。

组合模式

模式特点

组合模式的一个显著特点是能够将对象组合成树状的层次结构，在这个结构中，客户端可以用统一的方式来对待单个对象和由多个对象组成的组合对象，也就是说对它们的访问具有一致性。比如在嵌入式软件中，可能会涉及到对复杂的硬件资源或者功能模块进行管理，这些资源和模块之间往往存在着部分与整体的关系，就像传感器网络中，单个传感器是一个基本单元，而多个传感器又可以组成一个区域的传感器群组，多个这样的群组又可以构成整个监控区域的传感器网络，组合模式就能很好地描述和处理这种层次结构关系。

它把对象之间的这种层次关系进行了抽象和封装，使得外部代码在操作这些对象时，不需要去区分当前操作的是单个的基本对象还是由多个对象组成的复合对象，都可以按照相同的接口方法进行操作，例如启动、停止、获取状态等操作，这大大简化了对复杂结构对象的管理和使用逻辑。

实际运用

在嵌入式系统的实际开发中，组合模式有着诸多实用场景。例如在一个大型的设备控制系统里，包含了各种各样的子设备，像电机、阀门、传感器等，这些子设备可以看作是单个的对象，而不同功能区域的一组相关子设备又可以组合成一个更大的控制单元，多个这样的控制单元最终构成整个设备控制系统。通过运用组合模式，可以将这些设备按照其实际的功能和物理布局构建成树状的层次结构。

当需要对整个系统进行启动操作时，只需要在最顶层的组合对象（代表整个设备控制系统）上调用启动方法，这个启动方法会递归地向下传递，依次调用各个子组合对象以及单个子设备对象的启动方法，实现整个系统的有序启动。同理，对于获取设备状态、进行故障检测等操作也都可以采用类似的统一方式进行，极大地方便了对复杂设备控制系统的管理和维护。

再比如在一个智能交通系统中，有众多的交通信号灯、摄像头、电子标签读取器等设备，这些设备分布在不同的路口和路段，通过组合模式可以按照路口、路段、区域等层级将它们组织起来，方便交通管理中心对整个智能交通系统进行统一的监控、调度和配置操作。

优势体现

组合模式在嵌入式软件设计中，相较于其他的对象组织方式有着明显的优势。从代码维护角度来看，当系统需要增加或者移除某个子节点对象（比如在设备控制系统中新增一种类型的传感器或者移除某个故障的电机）时，只需要在对应的组合对象内部进行简单的添加或删除操作，而不需要对整个系统中使用这些对象的所有地方都进行修改，因为外部代码是通过统一的接口来访问这些对象的，只要接口不变，对系统其他部分的影响就很小，这样大大降低了代码维护的复杂度。

在功能扩展方面，假如要为系统添加新的功能，比如给设备控制系统增加一个远程监控的功能，只需要在组合对象的接口方法中添加相应的实现逻辑（比如在启动方法里同时向远程服务器发送启动通知等），就可以让整个层次结构中的所有对象都具备这个新功能，而不需要对每个单个对象都去单独实现一遍，提高了功能扩展的效率，使得软件系统能够更加灵活地应对不断变化的需求。

装饰模式

主要目的

装饰模式在嵌入式软件设计中的主要目的是可以在运行时动态地给对象增加职责、添加额外的功能，而且能够保持对象原有的封装性，不会对对象的继承结构造成复杂的影响，使得软件系统在功能扩展方面更加灵活。在嵌入式系统中，随着应用场景的变化以及用户需求的不断更新，常常需要对已有的功能模块进行功能增强，而装饰模式正好提供了一种简洁有效的方式来实现这一点。

例如，一个基本的串口通信模块，最初可能只具备简单的数据发送和接收功能，但随着项目需求的发展，可能需要对发送的数据进行加密处理，或者添加校验功能来确保数据的准确性，又或者要记录发送和接收的数据日志等，这时就可以利用装饰模式，在不改变原有串口通信模块核心代码结构的基础上，动态地为其添加这些额外的功能，满足不同应用场景下的多样化需求。

实现原理

装饰模式的实现原理主要是通过创建装饰对象，这个装饰对象和被装饰的原始对象都实现了相同的抽象接口（或者继承自同一个抽象基类，在 C 语言中可以通过结构体和函数指针模拟类似的接口概念），装饰对象内部持有被装饰对象的引用。当客户端调用装饰对象的接口方法时，装饰对象首先会执行自己添加的额外操作（比如加密数据、记录日志等），然后再调用被装饰对象对应的接口方法，让其执行原本的基本功能，这样就实现了在不改变原始对象接口的前提下，为其添加新功能的效果。

以刚才提到的串口通信功能扩展为例，假设有一个原始的串口通信结构体如下（简单示意）：

typedef struct SerialPort {
    void (*send_data)(struct SerialPort *, char *data, int len);
    void (*recv_data)(struct SerialPort *, char *buffer, int max_len);
} SerialPort;

void serial_send_data(SerialPort *port, char *data, int len) {
    // 实际的串口发送数据实现代码，比如通过硬件寄存器操作等发送数据
    printf("发送原始数据: %s\n", data);
}

void serial_recv_data(SerialPort *port, char *buffer, int max_len) {
    // 实际的串口接收数据实现代码
    printf("接收原始数据到缓冲区\n");
}

SerialPort *serial_port_create() {
    SerialPort *port = (SerialPort *)malloc(sizeof(SerialPort));
    port->send_data = serial_send_data;
    port->recv_data = serial_recv_data;
    return port;
}

现在要为其添加数据加密功能，创建一个加密装饰器结构体：

typedef struct EncryptDecorator {
    SerialPort base;  // 继承自串口通信结构体，保持接口一致
    SerialPort *original_port;  // 持有原始串口对象引用
} EncryptDecorator;

void encrypt_send_data(SerialPort *port, char *data, int len) {
    EncryptDecorator *decorator = (EncryptDecorator *)port;
    // 在这里先进行数据加密操作，假设encrypt函数是具体的加密实现
    char *encrypted_data = encrypt(data, len);
    // 然后调用原始串口对象的发送方法发送加密后的数据
    decorator->original_port->send_data(decorator->original_port, encrypted_data, len);
}

EncryptDecorator *encrypt_decorator_create(SerialPort *original_port) {
    EncryptDecorator *decorator = (EncryptDecorator *)malloc(sizeof(EncryptDecorator));
    decorator->base.send_data = encrypt_send_data;
    decorator->base.recv_data = original_port->recv_data;  // 接收数据可以保持不变或者也进行相应装饰
    decorator->original_port = original_port;
    return decorator;
}

通过这样的方式，就实现了利用装饰模式为串口通信对象动态添加加密功能，并且可以根据需要继续添加其他的装饰器来实现更多功能扩展。

使用场景

在嵌入式软件中有很多场景适合使用装饰模式。比如在数据传输方面，当需要对传输的数据进行加密、添加校验和、进行压缩等操作时，都可以通过创建对应的装饰对象来依次对原始的数据传输对象进行装饰，按照需求灵活组合这些功能。又比如在传感器数据采集模块中，可能需要对采集到的数据进行实时的滤波处理、单位转换以及添加时间戳等操作，也可以运用装饰模式，为传感器数据采集对象动态添加这些功能，使得数据更加符合后续处理和分析的要求，而且这种方式可以方便地根据不同的传感器类型和应用场景进行定制化配置，增强了软件的灵活性和可复用性。

外观模式

模式简介

外观模式旨在为嵌入式软件中的多个复杂子系统提供一个统一的、简单易用的接口，它就像是给这些复杂的底层功能披上了一件 “外衣”，将内部的复杂性隐藏起来，使得上层应用或者其他模块在使用这些功能时，不需要深入了解各个子系统内部的具体实现细节以及复杂的交互关系，只需要通过这个简单的外观接口进行调用即可。

在嵌入式系统中，往往包含了众多复杂的硬件驱动、系统配置、任务调度等子系统，每个子系统都有着自己特定的接口和操作逻辑，如果上层应用直接与这些子系统交互，会使得代码的耦合度很高，开发难度增大，而且一旦某个子系统的接口发生变化，会对上层应用产生较大影响。而外观模式通过整合这些子系统的功能，提供一个高层次的、统一的接口，有效地解决了这些问题，提高了软件的可维护性和可扩展性。

功能体现

例如在嵌入式系统里操作硬件驱动时，可能涉及到对多个不同硬件设备（如 SPI 接口的传感器、I2C 接口的 EEPROM 存储器、GPIO 控制的外设等）的初始化、读写操作等一系列复杂的步骤。通过外观模式，可以创建一个硬件操作外观类，在这个类中封装了对各个硬件设备驱动的操作方法，比如有一个init_all_hardware()方法可以一次性完成所有硬件设备的初始化，read_sensor_data()方法可以从 SPI 接口的传感器读取数据并且进行必要的数据格式转换后返回给上层应用，write_data_to_eeprom()方法可以方便地将数据写入到 EEPROM 存储器中。

对于系统配置方面，假设系统有网络配置、时钟配置、中断配置等多个复杂的配置项，外观模式可以提供一个configure_system()方法，在这个方法内部按照正确的顺序和逻辑依次调用各个子配置项的相关函数，完成整个系统的配置工作。这样一来，开发人员在编写上层应用时，只需要调用外观类提供的这些简单方法，就可以完成复杂的硬件操作和系统配置任务，大大提高了开发效率，同时也降低了出错的可能性。

代码展示

以下是一个简单的外观模式示例代码，展示了如何在嵌入式系统中使用外观模式来简化硬件操作和系统配置。

#include <stdio.h>

// 硬件驱动接口
void init_spi_sensor() {
    printf("Initializing SPI sensor...\n");
}

void init_i2c_eeprom() {
    printf("Initializing I2C EEPROM...\n");
}

void init_gpio_peripherals() {
    printf("Initializing GPIO peripherals...\n");
}

void read_spi_sensor_data() {
    printf("Reading data from SPI sensor...\n");
}

void write_data_to_i2c_eeprom() {
    printf("Writing data to I2C EEPROM...\n");
}

// 外观类
typedef struct {
    void (*init_all_hardware)(void);
    void (*read_sensor_data)(void);
    void (*write_data_to_eeprom)(void);
} HardwareFacade;

void init_all_hardware() {
    init_spi_sensor();
    init_i2c_eeprom();
    init_gpio_peripherals();
}

void read_sensor_data() {
    read_spi_sensor_data();
}

void write_data_to_eeprom() {
    write_data_to_i2c_eeprom();
}

HardwareFacade* create_hardware_facade() {
    HardwareFacade* facade = (HardwareFacade*)malloc(sizeof(HardwareFacade));
    facade->init_all_hardware = init_all_hardware;
    facade->read_sensor_data = read_sensor_data;
    facade->write_data_to_eeprom = write_data_to_eeprom;
    return facade;
}

// 使用外观模式
int main() {
    HardwareFacade* hardware = create_hardware_facade();

    hardware->init_all_hardware();
    hardware->read_sensor_data();
    hardware->write_data_to_eeprom();

    free(hardware);
    return 0;
}

代码解析

• 硬件驱动接口：定义了初始化和操作不同硬件设备的函数。
• 外观类：封装了对各个硬件设备驱动的操作方法，提供了一个统一的接口。
• 使用外观模式：通过外观类提供的简单方法，完成复杂的硬件操作和系统配置任务。

通过外观模式，可以有效地简化嵌入式系统中的硬件操作和系统配置，提高代码的可维护性和可扩展性。

结构型模式选择与应用建议

选择考量因素

在嵌入式软件开发中，选择合适的结构型模式至关重要，这需要综合考虑多方面因素。

首先是项目的实时性要求。若嵌入式软件应用于对实时响应要求极高的场景，比如工业控制中的实时监测与反馈系统、汽车电子里的防抱死制动系统（ABS）等，像中断模式这类能快速响应外部事件的结构型模式就比较合适。中断模式可以让系统在事件发生时立即暂停当前任务，转而去处理紧急的中断事件，处理完后再返回继续执行原任务，保障了系统的实时性。而对于实时性要求相对没那么高的一些数据处理、后台任务管理等场景，像外观模式等可以提供统一接口，方便管理多个子系统或模块，进行有序的数据处理和操作协调。

其次要考虑资源限制情况。嵌入式系统往往存在内存、CPU 运算能力等资源受限的问题。如果资源比较紧张，例如在一些小型的智能家居传感器节点中，享元模式就是不错的选择。享元模式可以通过共享相同或相似的对象状态，减少内存中对象的数量，节省内存开销。相反，若资源相对充裕，如大型的嵌入式服务器设备，开发时可以更多地选用如组合模式等能增强系统扩展性和灵活性的结构型模式，方便后续功能的添加与模块的扩展。

功能复杂度也是不容忽视的因素。当软件功能较为简单，比如只是实现单一功能的小型嵌入式设备（如简单的电子温度计），可能无需复杂的结构型模式，简单的分层架构或者直接使用基本的面向过程的代码组织方式就能满足需求。但要是面对功能复杂的嵌入式系统，像智能医疗设备，涉及到数据采集、处理、存储、显示以及与外部系统交互等众多功能时，就需要运用桥接模式、装饰模式等，将复杂的功能进行合理拆分、组合以及动态扩展，使得各个功能模块之间的关系更清晰，便于开发、维护与升级。

另外，硬件平台的特性也会影响结构型模式的选择。不同的硬件芯片、接口等有着各自的特点，例如有的硬件支持多线程并行处理，那么在软件设计时可以考虑采用能充分利用这种并行能力的结构型模式，像并发相关的模式等；而如果硬件资源较为单一，运算能力有限，就需要选择更轻量化、简洁的模式来避免过多的资源消耗和复杂的逻辑处理。

应用注意事项

在将结构型模式应用于嵌入式软件时，有不少需要注意的关键事项。

一方面，要避免过度设计导致代码复杂度增加。有时候开发人员为了追求软件的扩展性、灵活性等，可能会引入过多复杂的结构型模式，使得原本简单的功能实现变得晦涩难懂，代码维护成本大幅上升。比如一个小型的嵌入式灯光控制模块，若只是实现简单的开关、亮度调节功能，过度运用多种设计模式去构建代码结构，反而会让后续的修改和调试变得困难重重。所以要根据实际需求合理选用，确保设计模式的引入能真正带来好处，而不是徒增复杂性。

另一方面，要考虑模式间的兼容性。在一个嵌入式软件项目中，往往可能会同时使用多种结构型模式，这时就需要关注它们之间是否能良好配合。例如，在采用了装饰模式对某个功能模块进行功能扩展后，又要将其整合到通过外观模式提供的统一接口体系中，那就得确保装饰后的功能依然能符合外观模式接口的要求，不会出现调用冲突或者逻辑不一致的情况。

同时，还需考虑对硬件资源的影响。不同的结构型模式在运行时对硬件资源的占用情况不同，比如某些模式可能会增加额外的内存开销用于存储中间数据或者对象关系等，某些模式可能会增加 CPU 的运算量来处理复杂的逻辑判断和对象交互。要充分评估这些资源消耗是否在嵌入式系统可承受的范围内，避免因模式应用导致系统出现性能瓶颈或者资源耗尽的问题。

此外，团队成员对结构型模式的熟悉程度也很关键。如果团队成员对选用的模式理解不够深入，在开发、维护过程中可能会出现误用、无法有效

公众号 | FunIO
微信搜一搜 “funio”，发现更多精彩内容。
个人博客 | blog.boringhex.top