应用面向对象编程SoC原则的典型示例

周立功教授新书《面向AMetal框架与接口的编程（上）》，对AMetal框架进行了详细介绍，通过阅读这本书，你可以学到高度复用的软件设计原则和面向接口编程的开发思想，聚焦自己的“核心域”，改变自己的编程思维，实现企业和个人的共同进步。经周立功教授授权，即日起，致远电子公众号将对该书内容进行连载，愿共勉之。

第九章为BLE&zigbee 无线模块，本文内容为9.3 MVC 框架。

>>> 9.3.1 MVC 模式

模型-视图-控制器（Model-View-Controller，MVC）模式是应用面向对象编程 SoC 原则的典型示例，模式的名称来自用于切分软件应用的三个主要部分，即模型部分、视图部分和控制器部分。它是 Smalltalk 中的用户界面框架，其目的是将模型从用户界面解耦。因为 Model相对来说比较稳定，而 View 和 Controller 相对来说容易变化，所以通过分层可以隔离变化。

而且视图与模型的分离带来的好处允许美工专心设计 UI 部分，程序员专心开发软件，互相不会干扰。MVC 包括 3 类组件：

• Model：模型代表应用信息，负责“内部实现”的具体功能，包含和管理（业务）逻辑、数据、状态以及应用的规则，不依赖 UI;

• View：通常在一个人机接口上呈现 Model 信息的抽象视图，即视图是模型的外在表现——用户界面的一部分，视图只是展示数据，但不处理数据。视图并非一定是图形化的，文本输出也是视图；

• Controller：将用户输入分配到模型与视图中去，控制器也是用户界面的一部分，定义用户界面对用户输入的响应方式。

如图 9.10 所示为 MVC 框架的示意图，视图和控制器合起来组成用户界面，用户界面包括输入和输出两部分：视图相当于输出部分——显示结果给用户，控制器相当于输入部分——响应用户的操作。这 3 类组件通过交互进行协作，View创建 Controller 后，Controller 根据用户交互调用Model 的相应服务。而 Model 会将自身状态的改变通知View，View则会读取Model的信息更新自身。比如，当用户通过单击（键入或触摸等）某个按钮触发一个视图时，视图将用户操作告知控制器。控制器处理用户输入，并与模型交互。模型执行所有必要的校验和状态改变，并通知控制器应该做什么。控制器按照模型给出的指令，指导视图更新显示内容输出。

图 9.10 MVC 框架示意图

通常 MVC 被认为是一种框架模式，而不是一种设计模式，因为框架模式与设计模式之间的区别在于，前者比后者的范畴更广泛。其主要特征在于它能够为多个不同的视图提供数据，即同一个模型可以支持多个视图，模型的代码只需要写一次就可以被多个视图重用。假设在两个视图中使用同一个模型的数据，无论何时更改了模型，都需要更新两个视图，可以使用观察者模式解决。

>>> 9.3.2 观察者模式

观察者模式定义了一对多的对象之间的依赖关系，当一个对象的状态发生变化时，所有依赖于它的对象都会得到通知并自动更新，因此观察者模式是一种行为模式，其适用于根据观察对象状态进行相应处理的场景。

在温度检测仪中，当温度传感器得到的值发生变化时，希望视图的内容同步改变。虽然可以在温度检测代码中附加更新显示的功能，但在本质上更新显示与温度检测是完全不同的两种处理方法，因此相互之间形成了高度依赖性的关系。

观察者模式就是一种避免高度依赖性的方法，构成观察者模式的有两个对象：发生变化的对象称为 观察对象（Subject），而被通知的对象称为 观察者（Observer）。如果观察对象的状态发生变化，则所有的观察者都会收到消息，同步更新自己的状态，因此这种交互方式又被称为“依赖”或“发布—订阅”。虽然观察对象是消息的发布者，但它发布消息时并不需要知道谁是它的观察者，因此观察者的数量是不限的，即观察对象维护了观察者对象的结合。现在的问题是，如果观察者与观察对象互相引用，它们变得互相依赖，这可能会对一个系统的分层和重用性产生负面影响。基于此，观察者模式通过定义一个接口通知观察对象发生了变化，从而将观察者与观察对象解耦，只依赖于观察者和观察对象的抽象类，从而保证了订阅系统的灵活性和可扩展性。

图 9.11 观察者模式的实现结构

在如图 9.11 所示的观察者模式的结构图中，观察者类（Observer）、观察对象类（Subject）、具体的观察者类（ConcreteObserver）和具体的观察对象类（ConcreteSubject）共同完成观察者模式的各项职责，使用“添加、通知和删除”的方法实现观察者模式。

• Observer（观察者）：Observer 角色负责接收来自 Subject 角色状态变化的通知，即Subject 调用每个 Observer 的 update 方法，发消息通知所有的 Observer，从而将 Subject 和Observer 解耦。因此，当对象间有数据依赖时，最好用观察者模式对它们解耦。

  由于 Observer 角色是抽象的，虽然它声明了 update 方法，但不提供任何实现，该方法在子类中实现。

• Subject（观察对象）：Subject 角色表示观察对象，定义观察对象必须实现的职责：管理（添加或删除）观察者并通知观察者。从 Subject 指向 Observer 的箭头线表明 Subject包含了 Observer 类型的实例，箭头前面的实心圆圈表示多于一个实例。

  当观察对象的状态变化时，由于它不知道该将消息发送给谁，因此 Subject 角色定义了一个可以存储 N 个观察者对象“列表”，以及添加（attach）、删除（detach）和通知（notify）观察者的抽象方法。

  当观察对象决定通知它的所有观察者对象时，notify 遍历观察者对象“列表”，调用每个 Observer 的 update 方法，发消息通知所有的 Observer，告诉它们“我的状态改变了，请更新显示内容”。如果在 Subject 角色中注册了多个 Observer 角色，谁先注册就先调用谁的update 方法，不能改变调用顺序。

• ConcreteObserver（具体的观察者）：ConcreteObserver 角色表示具体的观察者，当它的方法被调用后，就会去获取具体的观察对象的最新状态。从 ConcreteObserver 指向ConcreteSubject 的箭头线表明 ConcreteObserver 包含了 ConcreteSubject 类型的实例，由于没有实心圆圈，则表示有且仅有一个实例。

• ConcreteSubject （具体的观察对象）：ConcreteSubject 角色表示具体的观察对象，其职责非常明确——谁能观察，谁不能观察。它不仅提供函数的实现，而且提供获取和管理它发布数据的方法。当自身的状态发生改变时，它会通知所有已经注册的 Observer 角色。除了要支持 Subject 角色外，根据业务的不同，可能还需要提供诸如 getState()、setState()这样的函数，用于具体的观察者获取或设置相关的状态。

观察者模式中的 Subject 和 Observer 接口是为了处理 Subject 的变化而设计的，因此当对象之间有数据依赖时，最好用观察者模式对它们进行解耦。观察者模式的适用范围如下：

• 当一个抽象模型有两个方面时，如果其中一个方面依赖于另一个方面，则只要将这两者封装在独立的对象中，即可使它们各自独立地改变和复用。

• 当改变一个对象需要同时改变其它对象时，却不知道具体有多少个对象有待改变。

• 当一个对象必须通知其它对象时，而又无法预知其它对象是谁，而你不希望这些对象是紧耦合的。

注意事项：

• 在观察者模式中，观察对象通知了观察者，而这个观察者同时也是一个观察对象，它会通知其它的观察者。因而常常会产生过于复杂的设计，并且使调试变得更加困难。当遇到这种情况时，Mediator（仲裁）模式可能会帮助我们改进这类代码。

  根据经验建议，最多允许出现一个对象既是观察者也是观察对象，即消息最多转发一次（两次），否则逻辑关系就会比较复杂且难以维护。

• 如果观察者比较多，且处理时间比较长，虽然可以使用异步处理方式，但要考虑线程安全和队列问题。

• 当观察者与观察对象的关系是一对多时，一是使用多线程技术（异步），不管谁启动线程，都可以明显地提高系统性能。二是使用缓存技术（同步），但需要足够多的资源。

• 观察对象可以自己做主决定是否通知观察者，以达到减轻负担的目的。

MVC 框架是一个典型的观察者模式示例，Model 提供的数据是 View 的观察对象，发布者是 Model，订阅者是 View。Model 是指操作“不依赖于显示形式的内部模型”，View 是管理 Model“如何显示”的，通常一个 Model 对应多个 View。

下面将以 AM824ZB 开发板为载体展示 MVC 框架，当视图观察到模型生成的布尔类型value 值时，既可以通过 LED0 显示，也可以通过 zigbee 发送出去，使得可以无线远程监控value 的值。其用例描述如下：

在初始状态时，value 为 AM_FALSE， LED 熄灭，zigbee 发送“0”。当有键按下时，则 value 值为 AM_TRUE，LED 点亮，zigbee 发送“1”；当键再次按下时，则 value 值为AM_FALSE，LED0 熄灭，zigbee 发送“1”......如此周而复始。

其中，value 值对应于 Observer 模式中的模型， LED 和 zigbee 对应于 Observer 模式中的视图，Observer 模式描述了基本数据和它可能为数众多的用户界面元素之间的关系。

• 每份数据都被封装在一个 Subject 对象中；

• 与 Subject 对应的每个用户界面元素被封装在一个 Observer 对象中；

• 一个 Subject 同时可以有多个 Observer;

• 当一个 Subject 改变时，会通知它所有的 Observer；

• Observer 也会从对应的 Subject 处获取相应的信息，并及时更新显示内容。

最终的信息存储在 Subject 中，当 Subject 中的信息发生变化时，Observer 会及时更新相应的显示内容。当用户保存数据时，其保存的是 Subject 中的信息，而 Observer 中的信息不需要保存，因为它们显示的信息来自对应的 Subject。

Observer 模式规定了单独的 Subject 类层次和 Observer 类层次，其中的抽象基类定义了通知的协议，以及用于添加（attach）和删除（detach）视图的 Observer 的接口。ConcreteSubject子类实现特定的接口，为了让具体的 Observer 知道什么东西发生了变化，它还需要增加相应的接口，同时 ConcreteObserver 子类通过它们的 update 操作指定如何对自己进行更新，从而以独一无二的方式显示它们的 Subject。

>>> 9.3.3 领域模型

1. 类模型

创建类模型的第一步就是从问题域寻找相关的对象类，类常常与名词对应，不要精挑细选，要记下所有可能的每个类。因为我们的目的是捕获概念，一方面并不是所有的名词都是概念，另一方面概念也会在语句的其它部分中得到体现。比如，暂定类为 value（bool 值）、key（按键）、LED（发光二极管）和 zigbee。然后通过共性和差异化分析，将它们归类到更广泛的范畴内。

虽然 LED 和 zigbee 属于不同类型的对象，且它们的显示函数也不一样，但它们共同的概念是“视图”和“显示函数”。LED 具有“编号（led_id）”属性，比如，LED0 的编号“0”用 led_id 表示，而 zigbee 具有“实例句柄（zm516x_handle）”属性，通过实例句柄即可进行数据的收发。因此将共同的概念用抽象类 observer_t 表示，其中的属性通过具体类 view_led_t和 view_zigbee_t 实现。

虽然 value 是一个 am_bool_t 值，可以将它归类到业务逻辑，但同样要对它建模，创建相应的基类 model_t 和具体类 model_bool_t，而 value 是model_bool_t 的属性。

下一步是寻找类间的关联，两个或多个类之间的结构化关系就是关联，从一个类到另一个类的引用也是关联，因此 model_t 与 observer_t 是一对多的关系。接着使用继承共享公共结构组织类，其相应的类模型详见图 9.12。

图 9.12 类模型

2. 交互模型

显然有了类，即可创建模型对象model_bool 与视图对象 view_led0 和view_zigbee。由于视图需要知道如何调用显示函数，因此将通过在类中定义方法表示这些职责。当模型对象的状态变化时，需要调用视图对应的显示函数 view_update 才能更新显示内容。虽然不同视图（LED 视图、zigbee视图）的显示函数的实现不一样（LED 亮灭、zigbee 发送“0”或“1”），但其共性是“显示函数”，因此可以共用 pfn_update_view 函数指针调用显示函数。

如图 9.13 所示的类-职责-协作序列图展示了 model_bool、view_led0 和 view_zigbee 对象之间的消息流和由消息引起的方法调用。

图 9.13 类-职责-协作序列图

当有键按下时，即可调用 model_bool_set()修改模型对象的 value 值。当模型对象 value值改变后，调用 model_notify()遍历视图对象链表通知所有的视图，即调用视图显示函数pfn_update_view()。视图对象在 pfn_update_view()函数的实现中，调用 model_bool_get()从模型对象中获取 value 值，以便更新显示内容。

>>> 9.3.4 子系统体系结构

集成通信图是所有开发用于支持用例的通信图的合成，其形象地描述了对象之间的相互连接以及所传递的消息。通常不同用例之间存在执行的优先顺序，通信图合成的顺序应该与用例执行的顺序一致，MVC 框架的子系统接口图详见图 9.14。

图 9.14 子系统接口图

• 按键

当 key1 键按下时，则布尔模型的值发生改变。首先通过 model_bool_get()得到当前的布尔值，接着将该布尔值取反，然后调用 model_bool_set()将取反后的布尔值重新设置到布尔模型中。

• 布尔模型

布尔模型负责维护一个布尔值，外界可以通过 model_bool_set()设置布尔值，也可以通过 model_bool_get()获取布尔值。当布尔值发生改变时，布尔模型将依次调用各个视图的显示更新函数 pfn_update_view()通知各个视图更新显示，各视图根据自身功能决定显示方式。

• 视图

图中包含了两个视图：view_led0 和 view_zigbee。

当 LED0 视图（view_led0）接收到布尔模型发出的更新显示通知时，首先通过模型接口 model_bool_get()获取当前模型的布尔值。若值为 AM_TRUE，则调用 am_led_on()点亮LED0；若值为 AM_FALSE，则调用 am_led_off()熄灭 LED0。

当 zigbee 视图（view_zigbee）接收到布尔模型发出的更新显示通知时，首先通过模型接口 model_bool_get()获取当前模型的布尔值，然后通过 am_zm516x_send ()函数将布尔值通过 zigbee 发送出去。

>>> 9.3.5 软件体系结构

1. 设计模型类图

由于触发事件的模型对象无法预测订阅该事件的所有视图对象，因此要求将视图添加到模型的列表中保存起来。虽然可以将与模型关联的视图对象存放在数组中，却不利于在运行时动态地添加和删除视图，因此选择单向链表。

图 9.15 单向链表示意图

单向链表是由一个 slist_head_t 类型的头结点和若干个 slist_node_t 类型的普通结点“链”起来的，其示意图详见图 9.15，链表的数据结构定义如下：

由于模型需要管理（添加、删除和遍历）存储视图的链表，因此模型需要“持有”整个视图链表的头结点。基于此，需要将链表的 slist_head_t 类型（slist.h）头结点 head 包含在model_t 抽象模型类中作为数据成员：

其中，head 为链表的头结点指针，指向存储视图的链表，其相应的数据结构示意图详见图 9.16。由于视图对象是存储在单向链表中的一个结点，因此需要将链表的 slist_node_t 类型（slist.h）普通结点 node 包含在 observer_t 抽象视图类中作为数据成员：

图 9.16 模型数据结构图

当需要增加视图、删除视图或遍历视图时，将会用到与链表对应的 4 个接口函数。下面将逐一介绍，并在定义了 model_t 类型的模型对象 model 和 observer_t 类型的视图对象observer 的前提下，展示了接口的调用形式。

• 链表初始化

链表初始化的函数原型如下：

其调用形式如下：

在初始状态时，模型与视图没有任何关系，而添加和删除视图是调用 model_attach()和model_detach()实现的，这是分别调用插入链表结点函数 slist_add_head()和删除链表结点函数 slist_del()实现的。

• 添加视图

添加视图的 slist_add_head()函数原型如下：

其调用形式如下：

• 删除视图

删除视图的 slist_del()函数原型如下：

其调用形式如下：

图 9.17 模型内部状态图

如图 9.17 所示在模型内部的链表中添加和删除视图的状态图，图中的 attach/detach 省略了 model_固定前缀。当调用 model_attach()时，则模型关联了一个视图，即从初始状态转移到关联一个视图状态。当再次调用 model_attach()时，则模型对象关联了两个视图，即从关联一个视图状态转移到两个视图状态，以此类推。

在观察对象的声明周期中，如果不需要删除视图的功能，则不要实现 model_detach()。如果不需要在运行时动态地添加和删除视图，即可在初始化时将视图存储在数组中，那么不再需要 model_attach()和 model_detach()函数。

• 遍历视图

当模型的状态发生变化时，则需要调用 model_notify()遍历保存在模型中的视图链表，并调用每个视图的 pfn_update_view()，才能通知所有的视图更新显示内容。而 model_notify()又是调用遍历链表函数 slist_foreach()实现的，遍历视图的 slist_foreach()函数原型如下：

其调用形式如下：

除了在序列图中显示了对象协作的动态视图外，还需要设计模型类图表示类定义的静态视图描述类的属性和方法。由于链表属于基础设施领域的概念，不是业务逻辑领域的概念，说明复用级别是基于基础设施域的，没有基于核心域，因此存储视图的是数组、链表还是其它的容器，都不影响核心域的概念。这就是链表不会出现在分析工作流中，只有设计工作流中才考虑的原因。基于此，不仅需要将链表的 slist_head_t 类型（slist.h）头结点 head 包含在model_t 抽象模型类中作为数据成员，而且需要将链表的 slist_node_t 类型（slist.h）普通结点node包含在observer_t抽象视图类中作为数据成员。

图 9.18 设计模型类图

如图 9.18所示为 MVC框架的设计模型类图，图中的“0..*”说明模型与视图呈现一对多的关系。显然基类的方法子类也有，由于 model_attach()、model_detach()和model_notify()是在model_t类的接口中实现的，而在 model_bool_t 子类中没有实现，因此在绘制 UML 图时则不需要重复表示，但子类还是继承了父类的方法。而 observer_t 基类的 pfn_update_view()抽象方法是在子类中实现的，因此在绘制 UML 图时必须显式地表示。

2. 抽象视图/ 模型

（1）抽象视图类

当模型对象的状态变化时，所有视图共用函数指针 pfn_update_view，调用各自对应的显示函数 view_update 更新显示内容。update_view_t 类型定义如下：

在面向对象 C++编程中时，方法是通过一个隐式的 p_this 指针，使其指向函数要操作的对象，访问自身的数据成员。而在面向对象 C 编程时，则需要显式地声明 p_this 指针。使其指向函数将要操作的视图对象，访问视图对象的数据成员。

p_model 指向视图观察的模型，其目的是获取模型的数据，使显示数据与模型数据保持一致。由于 pfn_update_view()方法使用了模型类定义的指针变量 p_model，而在该函数的实现中调用了模型类的方法 model_bool_get()，即一个类使用了另一个类的操作，因此可以说视图依赖于模型。

依赖是两个元素之间的一种关系，其中一个元素变化，将会导致另一个元素变化。虽然依赖的同义词就是耦合和共生，但依赖是不可避免的，重要的是如何务实地应付变化，这就是良性依赖原则。通常在 UML 中将依赖画成一条有向的虚线，指向被依赖的类。

由此可见，良性依赖可以帮助我们抵御 SOLID 原则与设计模式的诱惑，以免陷入过度设计的陷阱，带来不必要的复杂性。

由于链表的每个结点存储都是视图，因此遍历视图链表需要从头结点 node 开始。这是一种常见的 is-a 层次结构，其共同的概念用抽象类表示，差异化分析所发现的变化将通过从抽象类派生而来的具体类实现。observer_t 抽象类的定义如下：

其中，node 为链表结点成员，pfn_update_view 指向与视图对应的显示函数，比如，view_update，抽象类 observer_t 的类图详见图 9.19。

图 9.19 抽象视图类

显然，有了 observer_t 类，就可以定义相应的实例 view，当将对象 view 的地址传给形参 p_this 后：

即可按 this 的指向引用其它成员。

虽然 pfn_update_view 看起来是一个“数据成员”，但从概念视角来看，其定义的是一个在具体视图类中实现的抽象方法，其目的是将模型和视图“解耦”。

在面向对象编程时，每个对象（类）都有一个用于对象初始化的“构造函数”，初始化成员变量等，而 C 语言则需要显式地调用 view_init()初始化函数。其函数原型如下：

其中，p_this 指向视图对象，pfn_update_view 指向与视图对应的显示函数，其调用形式详见程序清单 9.54。

程序清单 9.54 视图初始化函数范例程序

在 main()中调用对象 view 的初始化函数 view_init()，用 OOP 术语来说，这是给对象 view发送一条消息，通知它进行自我初始化。view_init()的实现详见程序清单 9.55。

程序清单 9.55 view_init()初始化函数

在面向对象 C++编程时，虽然每个类都有“构造函数”，但有时候可能为空，因此不会将构造函数作为方法展示在类图中。而面向对象 C 编程——虽然 view_init()看起来像抽象视图类提供的接口，但其功能类似于“构造函数”，因此没有呈现在相应的类图中。

（2）抽象模型类

由于抽象模型仅需管理与之关联的视图，其本质上是管理了一个视图链表，因此仅包含一个链表头结。此外，还需提供增加、删除、遍历视图的方法，model_t抽象类的定义如下：

其中，head 为链表的头结点，其类图详见图 9.20。显然有了 model_t 类，即可定义相应的实例，当将 model 的地址传给形参 p_model 后：

即可按 p_model 的指向引用其它成员。

图 9.20 抽象模型类

类似地，需要初始化模型中的各个成员，其函数原型如下：

其中，p_this 指向模型对象，其调用形式如下：

model_init()模型初始化函数的实现详见程序清单 9.56。

程序清单 9.56 model_init()模型初始化函数

初始化后，需要将视图保存到链表中。当模型的状态变化时，即可遍历链表找到与视图对应的显示函数，通知视图更新显示内容。其函数原型如下：

其中，p_this 指向模型对象，p_observer 指向视图对象，其调用形式详见程序清单 9.57。

程序清单 9.57 添加视图范例程序

为了避免直接访问数据，将通过接口函数和对象交互，model_attach()添加视图函数的实现详见程序清单 9.58。

程序清单 9.58 model_attach()添加视图函数

如果观察者只对某一事件感兴趣，则可以扩展观察对象的注册接口，让观察者注册为“仅对特定时间感兴趣”，以提高更新的效率。

当不再使用某个视图时，则将其从链表中删除，其函数原型如下：

其中，p_this 指向模型对象，p_observer 指向视图对象，其调用形式详见程序清单 9.59。

程序清单 9.59 删除视图范例程序

model_detach()删除视图函数的实现详见程序清单 9.60。

程序清单 9.60 model_detach()删除视图函数

当模型对象的状态变化时，需要遍历保存在模型中的视图对象链表，并调用每个视图对象的 pfn_update_view()，才能通知所有的视图更新显示内容。其函数原型如下：

其中，p_this 指向模型对象，其调用形式详见程序清单 9.61。

程序清单 9.61 遍历视图链表范例程序

model_notify()通知更新显示内容函数的实现详见程序清单 9.62。

程序清单 9.62 model_notify()通知更新显示函数

其中，slist_foreach()为遍历视图链表函数，__view_process()回调函数依次处理各个链表结点（即视图），“处理”就是调用视图中的 pfn_update_view 函数，其对应的函数原型为：

通常在调用 pfn_update_view 函数时，需要传递 2 个参数，其分别为指向视图的指针和指向模型的指针。

由于视图的第一个成员为node，p_node为指向node的指针，其值为视图首元素的地址，与视图的地址相等，强制转换即可得到指向视图自身的指针：

此外，在 model_notify()函数调用 slist_foreach()函数时，将指向模型的指针作为回调函数的参数，因此__view_process()函数中的 p_arg 为指向模型的指针。为了类型匹配，强制转换即可得到指向模型的指针：

此前介绍的示例只是为了展示接口的使用，实际上 model_t 和 observer_t 并没有提供具体的实现，需要在应用中定义具体的视图类和模型类，比如，针对 LED 显示可以定义一个LED 视图类，针对布尔模型可以定义一个布尔模型类。

为了便于查阅，程序清单 9.63 展示了 mvc.h 文件的内容。

程序清单 9.63 mvc.h 文件内容

• 对称性

其实程序中处处充满了对称性，比如，model_attach()方法总会伴随着 model_detach()方法，一组方法接受同样的参数，一个对象中所有的成员都具有相同的生命周期。识别出对称性，将它清晰地表达出来，使代码更容易阅读。一旦阅读者理解了对称性所涵盖的某一半，自然也就很快地理解了另一半。

程序中的对称性指的是概念上的对称，无论在什么地方，同样的概念都会以同样的形式呈现。在准备消灭重复之前，常常需要寻找并表示出代码中的对称性。

3. 具体模型/ 视图

（1）布尔模型

虽然 model_bool_t 实现了 model_t 接口，但抽象模型中并没有与应用相关的业务逻辑，所以要在布尔模型中增加相应的数据，因为视图的核心就是观察数据并实时同步显示。

图 9.21 布尔模型类

虽然作为示例布尔模型仅包含一个值为 AM_TRUE 或 AM_FALSE的布尔值，但是各个视图都可以观察这个布尔值并实时同步显示。其职责是管理观察对象的状态，实现 model_bool_get()获取布尔值和model_bool_set()修改布尔值的方法，以及在状态发生改变时，调用基类的方法 model_notify()通知所有关联的视图更新显示内容。布尔模型的类图详见图 9.21，其定义如下：

其中，am_bool_t 是 AMetal 在 am_types.h 中自定义的类型，其值为 AM_TRUE 或AM_FALSE。由于有了布尔模型，即可定义相应的实例，当将 model_bool 的地址传给形参p_this 后：

即可按 p_this 的指向引用其它成员。

value 的初值将通过参数传递给初始化函数，其函数原型如下：

其中，p_this 指向模型对象，init_value 为布尔模型初值。其调用形式如下：

通常应该先初始化基类化，接着再初始化自身特有数据，model_bool_init()的实现详见程序清单 9.64。

程序清单 9.64 model_bool_init()模型初始化函数

由于布尔模型维护了一个 am_bool_t 类型 value 值，因此需要提供设置和获取 value 值的接口。model_bool_set()用于设置布尔模型当前的布尔值，比如，当有键按下时，可以使用该接口修改布尔模型的值。在设置布尔模型的值时，可能会使布尔模型的值发生变化。当value 值改变时，视为布尔模型的状态发生变化，此时需要调用 model_notify()通知所有的视图。如果布尔值未发生任何改变，则无需做任何实际动作。其函数原型如下：

其中，p_this 指向模型对象，value 为设置的当前值，设置布尔模型当前值 value 的范例程序详见程序清单 9.65。

程序清单 9.65 设置布尔模型当前值 value 的范例程序

model_bool_set()函数的实现详见程序清单 9.66。

程序清单 9.66 model_bool_set()函数

类似地，model_bool_get()用于获取布尔模型当前的布尔值，比如，当布尔模型的值发生变化时，模型会通知所有的视图更新显示。此时，在视图显示函数中，则需要调用该函数得到当前最新的布尔值，同步更新显示。获取 value 当前值的函数原型如下：

其中，p_this 指向模型对象，p_value 为获取当前值的指针，获取布尔模型当前值的范例程序详见程序清单 9.67。

程序清单 9.67 获取布尔模型当前值的范例程序

model_bool_get()函数的实现详见程序清单 9.68。

程序清单 9.68 model_bool_get()函数

为了便于查阅，程序清单 9.69 展示了 model_bool.h 文件的内容。

程序清单 9.69 model_bool.h 文件内容

（2）具体视图

由于具体视图类实现了 observer_t 接口，因此具体视图还必须实现在抽象视图 observer_t中定义的 update 方法，即要给抽象视图中的 pfn_update_view 函数指针赋值，使其指向实际的 update 函数。

当布尔模型的数据发生变化时，视图显示函数需要调用 model_bool_get()获取最新的布尔值。当获取布尔值后，即可根据具体视图的实际功能同步显示相应的数据。

对于 LED 视图来说，则将观察到的 bool 值通过 LED 显示出来。即 bool 值为 AM_FALSE时 LED 熄灭，bool 值为 AM_TRUE 时 LED 点亮；对于 zigbee 视图来说，则将观察到的 bool值通过 zigbee 发送出去，即 bool 值为 AM_FALSE 时 zigbee 发送“0”，bool 值为 AM_TRUE时 zigbee 发送“1”。

• LED 视图

LED 视图继承自抽象视图，同时具有一个私有数据成员 led_id，用于表示 LED 灯的 ID号，LED 视图定义如下：

其中的 led_id 为 LED 的下标编号。LED 视图类 view_led_t 实现了 observer 接口，其对应的类图详见图 9.22。

图 9.22 LED 视图类

显然有了 LED 视图，即可定义相应的视图对象，当将view_led的地址传给形参p_view_led后：

即可按 p_view_led 的指向引用其它成员。

接着初始化视图对象，显然只要将 view_led、led_id 值传递给 view_led_init()函数，即可初始化 LED 视图对象，其函数原型（view_led.h）如下：

其中，p_view_led 指向 LED 视图对象，led_id 为 LED 的编号。其调用形式如下：

通常需要先初始化抽象视图（基类），接着再初始化私有数据成员 led_id 等，初始化抽象视图的函数原型（mvc.h）如下：

在实现 view_led_init()时，需要先实现与其对应的显示函数，详见程序清单 9.70。

程序清单 9.70 LED 视图显示函数的实现

基于此，LED 视图初始化函数的实现详见程序清单 9.71。

程序清单 9.71 LED 视图初始化函数的实现

视图在得到通知后，需要知道究竟是 model_t 类中哪个状态发生了变化，发生了何种变化。通常在通知接口 pfn_update_view 中不传送这些信息，而是在视图得到通知后，再反过来调用 model_bool_get()查询状态的函数。然后视图再决定自己应该做什么事情，这时pfn_update_view 的参数就是 model_t 类的指针。

当布尔模型的状态发生变化时，为了实现自动调用 LED 视图对应的显示函数，那么 LED视图需要预先将自己添加到模型对象的链表中保存起来。比如：

为了便于查阅，程序清单 9.72 展示了 view_led.h 文件的内容。

程序清单 9.72 view_led.h 文件内容

至此，实现了一个具体模型（布尔模型）和一个具体视图（LED 视图），具有单个视图的模型完整示例详见程序清单 9.73。

程序清单 9.73 单个视图的范例程序（main.c）

• zigbee 视图

zigbee 视图继承自抽象视图，同时具有一个私有数据成员 zm516x_handle，其为 zigbee实例句柄，通过该句柄，即可使用相应的接口函数操作 zigbee 模块，zigbee 视图定义如下：

zigbee 视图类 view_zigbee_t 实现了 observer_t 接口，其对应的类图详见图 9.23。

图 9.23 zigbee 视图类

有了zigbee 视图，即可定义相应的视图对象，当将 view_zigbee 的地址传给 p_view_zigbee 后：

即可按 p_view_zigbee 的指向引用其它成员。

类似地，定义 zigbee 视图的初始化函数原型如下：

其中，p_view_zigbee 指向 zigbee 视图对象，zm516x_handle 是 zigbee 模块的实例句柄，可通过 ZM516X 模块的实例初始化函数获得。其调用形式如下：

在实现 view_zigbee_init()时，也需要先实现与其对应的显示函数，详见程序清单 9.74。

程序清单 9.74 zigbee 视图显示函数的实现

其中，am_zm516x_send()函数的作用是通过 zigbee 发送字符串至目标地址的节点（目标地址在初始化时配置），其函数原型（am_zm516x.h）为：

基于此，zigbee 视图初始化函数的实现详见程序清单 9.75，其除了初始化抽象视图类外，还完成了 zigbee 模块的地址配置，配置本地地址为 0x2001，目标地址为 0x2002。

程序清单 9.75 zigbee 视图初始化函数的实现

为了便于查阅，程序清单 9.76 展示了 view_zigbee.h 文件的内容。

程序清单 9.76 view_zigbee.h 文件内容

由此可见，当新增加 zigbee 视图后，虽然与 LED 视图不一样，但可以共用同一个模型。

且 LED 视图和布尔模型都不需要做任何修改，同时也没有一行重复的视图代码，说明“用户界面与内部实现”真正做到了分离。

3. MVC 应用

在 MVC 模式中，其核心是视图接收来自模型和控制器的数据并决定如何显示，控制器捕捉用户的输入事件和系统产生的事件。当控制器检测到有键按下时，它将外部的事件转换为内部的数据请求，控制器决定调用模型的那个函数进行处理，然后确定用那个视图来显示模型提供的数据，详见程序清单 9.77。

程序清单 9.77 MVC 模式应用范例程序（main.c）

至此，实现了具有 LED 和 zigbee 两个视图的 MVC 应用程序，为了验证 zigbee 视图，实现远程“监控”，需要使用另外一个 zigbee 来接收 MVC 应用中 zigbee 视图发出的数据“0”或“1”。为便于观察，使用另外一块 AM824ZB 开发板来接收数据，当接收到“0”时，其LED0 熄灭，当接收到“1”时，其 LED0 点亮，范例程序详见程序清单 9.78。

程序清单 9.78 新增 AM84ZB 板用以接收 zigbee 数据的范例程序

在 MVC 应用中，zigbee 视图将 zigbee 的本地地址设置为 0x2001，目标地址设置为0x2002,。新的 AM824ZB 开发板为了能够接收到其发出的数据，需要对应的将本地地址设置为 0x2002，目标地址设置为 0x2001。

实际上，MVC 模式常用于处理 GUI 窗口事件，比如，每个窗口部件都是 GUI 相关事件的发布者，其它对象可以订阅所关注的事件。比如，当按下 A 按钮时，会发布相应的“动作事件”。另一个对象对这个按钮进行注册，便于在此按钮按下时，得到相应的消息，然后完成某一动作。

由此可见，观察者模式背后的思想等同于关注点分离原则背后的思想，其目的是降低发布者和订阅者之间的耦合，便于在运行时动态地添加和删除订阅者。模式在抽象的原则和具体的实践之间架起了一座桥梁，其主要动机是将变化带来的影响局部化。

局部化影响的必然结果就是“捆绑逻辑和数据”，如果有可能尽量将其放在一个方法中，至少要放在一个对象里，最起码也要放到一个包下面。在发生变化时，逻辑和数据很可能会同时被改动。如果将它们放在一起，那么修改它们所造成的的影响停留在局部。

其次，观察者模式的最大推动力来自于 OCP 开放闭合原则，其动机就是为了在增加新的观察者对象时，无需更改观察对象，从而使观察对象保持封闭，这对于系统的扩展性和灵活性有很大的提高。显然由继承实现的 OCP，使设计模式成为应变能力更强的工具。

>>> 9.3.6 MVC 应用程序优化

在整个布尔模型的应用中，使用的硬件外设资源有 1 个按键、1 个 LED 和 zigbee 模块，这些资源都有相应的可以跨平台的通用接口。虽然程序清单 9.77 中绝大部分程序都没有与硬件绑定，可以跨平台复用，但是唯一的不足之处在于在应用程序中调用了实例初始化函数am_zm516x_inst_init()，而实例初始化函数是与平台相关的，不同平台可能不同，因此若实例初始化函数修改，则应用程序必须进行对应的修改。

显然，实例初始化函数是初始化具体实例的，而应用程序并不关心具体实例，其只需要使用具体实例提供的通用服务（如 LED、zigbee、KEY）。基于此，将实例初始化函数的调用从应用程序中“分离”出去，应用程序全部使用通用接口实现。使用 LED，需要 LED 对应的 ID 号，使用按键，需要按键对应的编码，使用 zigbee，需要 zigbee 的操作句柄，这些信息都可以通过参数传递。优化后的应用程序范例详见程序清单 9.79。

程序清单 9.79 应用程序实现（app_mvc_bool_main.c）

显然，只需要准备好 1 个 LED、1 个按键和一个 zigbee 资源（调用它们对应的实例初始化函数），然后调用 app_mvc_bool_main()函数即可，为了便于调用 app_mvc_bool_main()函数，将该函数声明在 app_mvc_bool_main.h 中，详见程序清单 9.80。

程序清单 9.80 应用程序入口函数声明（app_mvc_bool_main.h）

在主程序中调用 app_mvc_bool_main()函数即可启动应用，范例程序详见程序清单 9.81。

程序清单 9.81 启动应用程序（main.c）

注意，AM824ZB 板载的独立按键 KEY1 和 LED 均在系统启动时自动调用了实例初始化函数，因此，无需再次调用。默认情况下，LED0 的 ID 为 0，KEY1 的按键编码为 KEY_F1。

此时，若应用程序需要移动到其它硬件平台上运行，或相关资源的 ID 发生变化，则只需要完善“启动应用程序”这一部分代码即可，其往往就是根据实际情况调用各个硬件实例的初始化函数。将资源的“准备”工作（初始化）从原先的应用程序中分离出来，使得应用程序彻底的通用化了，与具体硬件实现了完全的分离，可以灵活的跨平台应用。