设计模式的C语言应用-命令模式-第五章

最新推荐文章于 2024-01-31 12:23:56 发布

Carson112233

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分类专栏：设计模式文章标签：设计模式命令模式

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本文详细介绍了命令模式在C语言中的实现方式，包括命令模式的基本概念、核心数据结构及其实现流程。并通过示例代码展示了如何在不同环境中使用命令模式进行通信。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

模式介绍：命令模式(command)
命令模式的解释如下：

向对象发送一个请求，但是并不知道该请求的具体接收者是谁，具体的处理过程是如何的，只知道在程序运行中指定具体的请求接收者即可，对于这样将请求封装成对象的我们称之为命令模式。所以命令模式将请求封装成对象，以便使用不同的请求、队列或者日志来参数化其他对象。同时命令模式支持可撤销的操作。

          命令模式的C语言实现也是非常显性的。命令发送方不通过直接调用的方式，而是通过发一个命令消息给接收方，让接收方执行操作。C语言里采用命令模式的最常见的原因是核间通信，进程间交互。如果是核间通信，通常是把命令按协定的格式封装在消息数据包里。如果是进程间通信，通常封装成一个结构体，把参数带过去。命令的通道通常是队列。

命令模式实现
实现流程
C语言命令模式经典方式如下，和面向对象是有明显的不同的。下图的invoker表示发命令的实体，而handler表示执行命令的实体，这个和面向对象的命令模式里的含义不一样。

在这里插入图片描述
图表 1 C语言命令模式示意图

在这里插入图片描述

图表 2面向对象命令模式

C语言实现的命令模式核心数据结构是命令。发布命令的是invoker，多个invoker将命令封装起来，送到队列里。有一个函数或者线程称为receiver，检查队列里是否有没有处理的命令。由receiver负责调用各个handler。另外一个被经常使用的辅助数据结构是命令码数组，在如果invoker和handler运行于不同的环境，这种做法几乎是必选，如核间通信，内核和应用态通信。命令码作为索引，handler调用函数作为元素，Receiver根据不同的命令码调用handler。

也有不使用消息队列的C语言实现。

如果invoker和handler运行于相同的环境，可能直接把handler的回调函数的指针挂在命令结构体上，receiver可以直接调用handler的回调函数。很显然，不同的运行环境是没法这么做的。所以命令码数组是一个更为通用，封装性更好的方法。

面向对象的命令模式并没有提及到命令的消息队列，也没有提及命令码数组。消息队列本身并不是命令模式的一部分，而是在C语言实现里经常会用到的，特别是命令和执行不再同一个运行环境。命令码数组对于面向对象来说可以用多个子类来实现，所以也不体现出来。

命令模式的示例代码
以下代码为伪码。

命令码的定义

#define CMD_1 0

#define CMD_2 1

#define CMD_MAX 2
命令封装结构体

#define CMD_LEN 256

struct cmd_msg

{

int cmd_code;

char buf[CMD_LEN];//如果是不同环境的，只能用buffer数组，否则可以用指针

};
命令的实际处理函数

typedef int (*cmd_func)(char *buf);

int cmd1_handler(char *buf)

{

return 0;

}

int cmd2_handler(char *buf)

{

return 0;

}
命令码数组

命令码数组有两种方式，一种是将命令码作为数据的索引。另外一种情况是由于命令码太大，有一些特殊的规定，没法作为索引。所以在一个结构体里封装命令码和handler，最后实现一个结构体数据，这个在复杂的内核实现里会出现。

下面是简单的命令码，就是函数指针数组。

cmd_func cmd_table[] =

{

cmd1_handler,

cmd2_handler,

};

Invoker和receiver
Invoker的工作很简单，填充命令命令封装结构体，将其放入队列。

int invoker1()

{

struct cmd_msg cmd1_case;

memset(&cmd1_case, 0, sizeof(cmd1_case));

cmd1_case.cmd_code = CMD_1;

//send cmd1_case to queue

return 0;

}

int invoker2()

{

struct cmd_msg cmd1_case;

memset(&cmd1_case, 0, sizeof(cmd1_case));

cmd1_case.cmd_code = CMD_2;

//send cmd1_case to queue

return 0;

}
Receiver的工作就是监视命令队列，取出命令调用handler。

int cmd_receiver()

{

struct cmd_msg *cmd_case;



while(1)

{

    //get cmd_case from queue while queue is not empty 

    (*cmd_table[cmd_case->cmd_code])(cmd_case->buf);

}

return 0;

}
命令队列有很多形态，比如IPC通道，用信号量，也能不要队列直接调用，总之就是让命令交到reciever手上然后分发调用handler。

伪码main程序：

int main()

{

invoker1();

invoker2();

cmd_receiver();



return 0;

}
内核的实现例子
内核有非常多的例子，典型的是wireless extension的接口。上层应用通过ioctl下发命令到内核，内核解析后，调用相应的wireless extension内核侧处理函数。这就是典型的不同运行环境的命令模式。参数是buffer，带命令码而不是直接发送函数指针。

/* -------------------------- IOCTL LIST -------------------------- */

typedef int (*iw_handler)(struct net_device *dev, struct iw_request_info *info,

          void *wrqu, char *extra);

/* Wireless Identification *///命令码

#define SIOCSIWCOMMIT 0x8B00 /* Commit pending changes to driver */

#define SIOCGIWNAME 0x8B01 /* get name == wireless protocol */

#define SIOCSIWNWID 0x8B02 /* set network id (pre-802.11) */

#define SIOCGIWNWID 0x8B03 /* get network id (the cell) */

#define IW_HANDLER(id, func)
[IW_IOCTL_IDX(id)] = func

//命令码数组

static const iw_handler wl_handler[] =

{

          IW_HANDLER(SIOCSIWCOMMIT, (iw_handler) wireless_commit),

          IW_HANDLER(SIOCGIWNAME, (iw_handler) wireless_get_protocol),

          IW_HANDLER(SIOCSIWFREQ, (iw_handler) wireless_set_frequency),

          IW_HANDLER(SIOCGIWFREQ, (iw_handler) wireless_get_frequency),

          …

}

//典型的receiver

static int ioctl_standard_iw_point(xxx)

{

…

{

          /* Check need for ESSID compatibility for WE < 21 */

          switch (cmd) {

          case SIOCSIWESSID: //没法用索引，所以用了switch case

          case SIOCGIWESSID:

          case SIOCSIWNICKN:

          case SIOCGIWNICKN:

                         if (iwp->length == descr->max_tokens + 1)

                                       essid_compat = 1;

                         else if (IW_IS_SET(cmd) && (iwp->length != 0)) {

                                       char essid[IW_ESSID_MAX_SIZE + 1];

                                       unsigned int len;

                                       len = iwp->length * descr->token_size;

                                       if (len > IW_ESSID_MAX_SIZE)

                                                      return -EFAULT;

                                       err = copy_from_user(essid, iwp->pointer, len);

                                       if (err)

                                                      return -EFAULT;

                                       if (essid[iwp->length - 1] == '\0')

                                                      essid_compat = 1;

                         }

                         break;

          default:

                         break;

          }

…

}
可以看出，由于内核命令码是有特别含义的，所以不能作为索引，只能receiver干脆用switch case。在ioctl_standard_iw_point函数里就是用switch case。

模式实现总结
命令模式也是C语言实现的显性的设计模式，角色分为发布命令的invoker，分派命令的receiver和实际执行命令的handler。命令队列和命令码数组是核心的辅助元素。命令码数组目前只有两种类型。命令队列的实现类型就非常多，甚至未必是队列形式，需要设计人员根据经验把握。