前言
《设计模式》这本经典的书里面定义了20多种设计模式,虽然都是面向对象的,似乎需要C++、Java这样的语言才能实现,但是根据笔者前面反复强调的,Linux内核虽然是用C语言和汇编语言写成,但是其实也到处充满了面向对象的设计。面向对象更多的是一种思想,而不是一个语言。我们可以用C语言实现极大的OO,Linux内核到处都有OO。
模板方法
比如,在Linux的设备驱动框架中,就用了一种非常经典简单的设计模式——模板方法(Template Method),当然还有一些其他的设计模式。而设计模式牛逼的地方在于,高手往往不经意之间已经用到了设计模式,甚至自己都不知道。如果高手没有系统地学习过设计模式,这其实不见得是一个问题。这并不意味着它不懂设计模式,只是他自己都不知道自己用到了哪个模式。而设计模式学习的终极目的,当然也是忘记设计模式,这个跟练独孤九剑没什么区别,到最后其实是无招胜有招。
模板方法这个模式,强调定义一个基类,这个基类实现了通用的流程和算法。比如做一件事情需要经过step1()、step2()、step3()。那么我们定义一个基类:
而其中的step1()、step2()、step3()、step4()具体如何实现则是因人而异,所以我们从baseClass类里面,继承出来的类里面,实现step1()、step2()、step3()这样的代码,override掉baseClass里面的函数。
这样的设计让外部不关心derivedClass,因为流程和接口都是在基类的。而基类实现的doSomething()成员函数,是对外的接口。这个UML关系是非常简单的:
驱动案例
在Linux设备驱动里面,大量存在类似的设计,我们以NAND为例子。在drivers/mtd/nand/nand_base.c这层里面,定义了NAND的一些操作流程。
比如写OOB的代码:
它这个里面要走cmdfunc()、write_buf()、cmdfunc()、waitfunc()这些步骤,这些步骤,不管是全世界哪个NAND的硬件,都是一样的通用的,但是具体的不同的NAND硬件控制器,实现这些步骤中涉及到的cmdfunc()等函数的实现方法却因人而异。
譬如freescale的版本fsl_elbc_nand.c就是:
nand_base.c这个C文件是NAND的中间层,它非常类似我们前面说的实现baseClass这一层的代码,nand_write_oob_std函数类似baseClass :: doSomething。而Linux驱动中定义的nand_chip的各个不同的NAND控制器,对nand_chip这个结构体中成员函数cmdfunc()、write_buf()等的实现则是各异的,类似derivedClass里面override掉step1()、step2()。nand_chip定义在include/linux/mtd/nand.h:
这样的设计,好处是非常明显的。特定的硬件只用管与自身操作相关的事情,而通用的流程,都由nand_base搞定,最大程度上减小了具体实例的代码量,也最大程度上复用了中间层的代码。
这样的例子无处不在,比如我们在LCD的中间层:
后语
本文后语不搭前言,请见谅。最近有很多童鞋询问笔者,做Linux驱动有没有前途?笔者明确地告诉大家:根本没有前途!但是前途是自己赚的,这依赖你从驱动进去,但是从更大的视角出来:
1.通过做驱动理解很多OO的架构设计思想,升华自己高内聚和低耦合的理解,把自己变成一个更高level的software engineer;
2.通过做驱动,进一步理解Linux本身的进程、内存、IO等知识,升华对软件系统和性能分析的理解,把自己变成一个更高level的技术expert。
如果做了5年驱动,进入的时候是调试寄存器搞示波器,出来的时候还是调寄存器搞示波器,那自然是完全没有什么前途的!
有没有前途,这个事情,完全是因人而异的。前途是无所谓有,无所谓无的。你如果有抽象、衍生的能力和不断学习总结的精神,无论是做驱动还是不做驱动,都会是很有前途的事情。反之,做什么基本都没前途。
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原文标题:宋宝华:Linux设备驱动框架里的设计模式之——模板方法(Template Method)
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