设计模式在嵌入式开发中的应用
引言
嵌入式系统是指将计算机技术与其他设备（如机械、电子、电气等）结合的系统。它们广泛应用于汽车控制、家用电器、小型机器人以及各种智能终端等领域。随着嵌入式系统的发展，软件工程中的一些概念和实践，如设计模式，也被逐渐引入到这个领域。
嵌入式开发每天都做什么
在实际工作中，嵌入式开发人员通常需要进行硬件设计与集成、软件框架选择与编写、操作系统安装与配置等任务。但这些工作背后，是一套严谨的方法论和实践指导，这就是所谓的“敏捷”、“精益”和“持续集成/持续部署(CI/CD)”思想。而这些思想的核心，就是通过重用性高且可维护性的代码来提高效率。
设计模式是什么？
设计模式是一套解决特定问题的一般性原则或标准解决方案，它们可以帮助我们更好地组织代码，使其更加模块化，并确保其长期可维护性。例如，我们可能会遇到一个需求，比如要处理来自不同传感器的数据流，这个过程需要考虑数据同步的问题。在这种情况下，可以使用观察者模式来实现这一点。
观察者模式
观察者模式定义了一种对象之间的一对多依赖关系，其中变化的一个对象允许其他一个或多个对象知道每次状态发生改变时的情况。这正适用于我们的例子，因为传感器可以作为观察者，而主处理单元可以作为主题，将所有数据更新通知给关注它的人物。
// 定义一个简单的事件类
class Event {
private String type;
public Event(String type) {
this.type = type;
}
public String getType() {
return this.type;
}
}
// 定义观察者接口
interface Observer {
void update(Event event);
}
// 实现具体观察者的类
class SensorObserver implements Observer {
@Override
public void update(Event event) {
if (event.getType().equals("temperature")) {
// 处理温度信息
} else if (event.getType().equals("pressure")) {
// 处理压力信息
} else if (event.getType().equals("humidity")) {
// 处理湿度信息
}
}
}
// 主处理单元类，管理所有注册了监听事件类型及其相应行为响应函数。
public class CentralProcessor implements Subject {
private List<Observer> observers;
public CentralProcessor() {
this.observers = new ArrayList<>();
}
@Override
public void register(Observer observer, String eventType) {
if (!eventType.equals("")) {
observers.add(new Entry(observer, eventType));
}
}
@Override
public void remove(Observer observer, String eventType) {
for (Entry entry : observers) {
if ((entry.observer == observer && entry.eventType.equals(eventType)))
{
observers.remove(entry);
break; } } }
@Override
protected synchronized void notifyObservers(Event e) {
for (Entry entry : observers)
{
if ((entry.eventType.equals(e.getType())))
{
((SensorObserver)(entry.observer)).update(e);
}
}
}
private static class Entry implements Comparable<Entry>{
private Observer observer;
private String eventType;
public Entry(Observer o, String etype){observer = o;eventType = etype;}
public int compareTo(Entry other){return this.eventType.compareTo(other.eventType);}
}
}
使用案例分析
现在，让我们看看如何在实际项目中使用上述结构：
创建事件：当某个传感器检测到新的值时，它会创建一个Event对象并设置其类型为"temperature"或者"pressure"或者"humidity"。
注册监听：CentralProcessor负责管理所有注册了监听事件类型及其相应行为响应函数。当有新的Sensor连接到中央处理单元时，它会向CentralProcessor注册自己，以便能够接收相关类型的事件通知。
发送通知：当中央处理单元接收到新值的时候，它会遍历已注册过滤掉不匹配当前Event类型的观察者的列表，然后调用它们各自对应Update方法以执行相关动作。
解耦合：由于每个传感器只关心自己的部分状态，因此他们不会去查询其他未知状态，从而减少了资源浪费并使整个系统更加灵活。
结论
通过引进设计模式，如观察者模式，我们能够构建出高度模块化、高度可扩展且易于维护的大型复杂嵌入式应用程序。这种方式不仅提高了代码质量，还简化了调试和维护过程，为未来潜在改进提供了基础。此外，由于保持独立，不同组件间互不影响，因此也促进了解耦合，从而增强整个项目团队成员之间协作效率。此举体现出了现代软件工程中的最佳实践，即追求尽可能高级别抽象层次，同时保持低级别细节优雅整洁，是一种真正有效的心智模型。
