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设计模式(3)--从零设计跨平台C/C++服务器框架-创新互联

github源码:https://github.com/skynetlua/design_cross_platform_server

专注于为中小企业提供成都网站设计、成都网站制作服务,电脑端+手机端+微信端的三站合一,更高效的管理,为中小企业满洲免费做网站提供优质的服务。我们立足成都,凝聚了一批互联网行业人才,有力地推动了1000+企业的稳健成长,帮助中小企业通过网站建设实现规模扩充和转变。

技术框架实质就是建立一种标准的工作流,让更多的人参与,更低成本地实现目标。
目前我们所规定的标准:

  1. 使用CMake管理项目,以Linux开源系统为标准,如果在windows上缺少的库,就模仿Linux造一个,实现一份代码跑全部平台。
  2. 采用utf8字符编码,调用win32接口,需要把unicode转utf8。
  3. 采用骆驼峰形式代码风格
class DemoClass //类名首字母大写,骆驼峰
{int parramArg_; //变量名末尾有_,非静态变量首字母小写
    static int ParramArg_;//变量名末尾有_,静态变量首字母大写
  static void FuncA(){}//函数名末尾无有_,静态函数首字母小写
    void funcA(){}//函数名末尾无有_,非静态函数首字母小写
};
  1. 设计模式众多,选择人脑比较容易接受的设计模式:面向对象、状态机和组件设计等。模块用组件实现,可达到组件通用化,避免重复造轮子。
一、面向对象设计

编程设计多种多样,计算机只是人脑的工具,作为人脑的工具,那么这个工具要更容易被人脑使用,而不是人脑无法驾驭,否则,这个工具就会被抛弃。我们希望做出的工具,有更多的人愿意去使用,这样我们才有机会拿来卖钱买饭吃。

面向对象设计,把业务逻辑封装类似实物世界,以一种人脑熟悉的方式,让人脑更容易接受和使用。制作工具一定要符合用户习惯。

我们设计的服务器框架,服务器主要功能是加工数据、提供数据和数据通讯,就像一座数据工厂,里面有各种各样的数据加工机器人。我们的第一个对象就是机器人,机器人有最简单的两点:属性和行为。

我们用变量记录和描述属性,用函数描述行为。

机器人
  属性:编号,名称,类型
    行为:
   行走()
   {
      //执行行走
   }
   工作()
   {
      // 执行工作任务
   }

如果有资金支持,我们可以开发一个汉语编译器工具,把上述内容编译成二进制程序,就可以在电脑上执行。很可惜,排得上号的编译器(gcc、cl、llvm、ndk等)都不是国产的。
从上面可以看出,面向对象只是一种逻辑,跟编程语言无关,我们可以用C语言和C++语言各实现一个robot对象。
C语言版本:

struct Robot
{int id;
  const char* name;
    int type;
}
void Robot_move(Robot* this)
{printf("move:id = %d\n", this->id);
}
void Robot_work(Robot* this)
{printf("work:id = %d\n", this->id);
}
int main()
{Robot robot;
  Robot_move(&robot);
  Robot_work(&robot);
  return 0;
}

C++版本:

struct Robot
{int id_;
    std::string name_;
    int type_;
    void move()
   {  std::cout<< "move: id = "<< id_<< std::endl;
    }
   void work()
   {  std::cout<< "work: id = "<< id_<< std::endl;
    }
}
int main()
{Robot robot;
  robot.move();
  robot.work();
}

通过两个版本的分析,可以看出C++编译器对面向对象提供了更好的语法便利。这就是C++语法糖,代价就是损失一些性能,好处就是提高写代码效率,代码更少,更容易维护。

二、状态机设计

计算机可以算是一种状态机,通过输入设备输入操作,就会改变状态。
比如HTTP服务器的状态:
1.监听到客户端连接,执行accept,建立链接状态;
2.解析HTTP头状态;
3.解析Cookie,处理session状态
4.验证modify和etag缓存状态
5.路由到具体url业务状态
6.获取到数据进行文件渲染状态
7.向客户端发送数据状态
8.最后关闭连接状态
上述把HTTP服务器复杂的请求过程,细分成各种具体的状态,大幅降低了问题的复杂度,转换人脑更加容易熟悉的状态。程序发生bug,可以快速定位;对性能调优,监测每个状态的消耗时间,带来极大便利性。
1. 简单状态机
我们对数据机器人建立状态机。两个对象Machine和State。Machine管理和控制状态State,一个State状态有三个方法,进入状态,状态刷新,退出状态。

在./src目录创建源文件simplemachine.cpp

struct Machine;
struct State
{void enter(Machine* machine)
    {  printf("enter State\n");
    }
    void update(Machine* machine)
    {  printf("update State\n");
    }
    void exit(Machine* machine)
    {printf("exit State\n");
    }
};
struct Machine
{State* curState_;
  Machine():curState_(0){}
  ~Machine()
  {  if(curState_ != 0) curState_->exit(this);
      curState_ = 0;
  }
  void enterState(State* state)
  {if(curState_ != 0) curState_->exit(this);
    curState_ = state;
    curState_ ->enter(this);
  }
};
int main()
{State state1;
    State state2;
    Machine machine;
    machine.enterState(&state1);
    machine.enterState(&state2);
  return 0;
}

CmakeLists.txt文件为

CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 3.12.1)
PROJECT(server)
add_executable(simplemachine src/simplemachine.cpp)

最后在./build目录执行:

cmake ../
make
simplemachine

具体操作,请看工程构建章节。

2. 状态机简单例子
robot工作状态:接收消息状态,查询数据库状态,返回消息状态,等待消息状态。

  1. robot一开始,处在等待状态:EStateWaitMsg
  2. 有消息来,进入到接收消息状态:EStateWaitMsg=>EStateReceiveMsg
  3. 获取数据库数据,进入查询数据库状态:EStateReceiveMsg=>EStateQueryDB
  4. 拿到数据后,进入发送消息状态:EStateQueryDB=>EStateSendMsg
  5. 消息发送完毕,又回到等待状态:EStateSendMsg=>EStateWaitMsg
    把复杂的逻辑,划分成多种状态,简化问题,让人脑更容易理解和接受。
    新建src/demo.cpp源文件,实现代码如下:
//等待消息状态
struct Machine;
struct State
{virtual void enter(Machine* machine);
    virtual void update(Machine* machine);
    virtual void exit(Machine* machine);
};
enum EState
{EStateNone,
    EStateWaitMsg,
    EStateReceiveMsg,
    EStateQueryDB,
    EStateSendMsg,
};

struct Machine
{State* curState_;
    Machine();
    ~Machine();
    void update();
    void enterState(EState estate);
};

//等待消息状态
struct StateWaitMsg:public State
{int index_;
    virtual void enter(Machine* machine)
    {printf("enter StateWaitMsg\n");
        index_ = 0;
    }
    virtual void update(Machine* machine)
    {printf("update StateWaitMsg index_ = %d\n", index_);
        if (index_++ >1)
        {machine->enterState(EStateReceiveMsg);
        }
    }
    virtual void exit(Machine* machine)
    {printf("exit StateWaitMsg\n");
    }
};
//接收消息状态
struct StateReceiveMsg:public State
{virtual void enter(Machine* machine)
    {printf("enter StateReceiveMsg\n");
    }
    virtual void update(Machine* machine)
    {printf("update StateReceiveMsg\n");
        machine->enterState(EStateQueryDB);
    }
    virtual void exit(Machine* machine)
    {printf("exit StateReceiveMsg\n");
    }
};
//查询数据库状态
struct StateQueryDB:public State
{int index_;
    virtual void enter(Machine* machine)
    {printf("enter StateQueryDB\n");
        index_ = 0;
    }
    virtual void update(Machine* machine)
    {printf("update StateQueryDB index_ = %d\n", index_);
        if (index_++ >1)
        {machine->enterState(EStateSendMsg);
        }
    }
    virtual void exit(Machine* machine)
    {printf("exit StateQueryDB\n");
    }
};
//查询数据库状态
struct StateSendMsg:public State
{virtual void enter(Machine* machine)
    {printf("enter StateSendMsg\n");
    }
    virtual void update(Machine* machine)
    {printf("update StateSendMsg\n");
        machine->enterState(EStateWaitMsg);
    }
    virtual void exit(Machine* machine)
    {printf("exit StateSendMsg\n");
    }
};

Machine::Machine():curState_(0){}
Machine::~Machine()
{enterState(EStateNone);
}
void Machine::update()
{if(curState_ != 0)
        curState_->update(this);
}
void Machine::enterState(EState estate)
{if(curState_ != 0)
    {curState_->exit(this);
        delete curState_;
        curState_ = 0;
    }
    switch(estate)
    {case EStateWaitMsg:
            curState_ = new StateWaitMsg;
            break;
        case EStateReceiveMsg:
            curState_ = new StateReceiveMsg;
            break;
        case EStateQueryDB:
            curState_ = new StateQueryDB;
            break;
        case EStateSendMsg:
            curState_ = new StateSendMsg;
            break;
        default:
            return;
    }
    curState_ ->enter(this);
}
int main()
{Machine machine;
    machine.enterState(EStateWaitMsg);
    int count = 9;
    while(count--)
    {machine.update();
    }
  return 0;
}

在CMakeFile.txt文件加上add_executable(demo src/demo.cpp)。
在./build目录执行cmake…,可以用IDE打开工程,执行编译运行。

三、组件设计

我们的机器人需要接收消息,接收到消息以后,需要进行加工,然后把加工的数据,通过消息发出去。
我们有成千上万种数据加工业务,我们需要设计各种各样的机器人。
如果按照继承的方式,robot作为父类,需要实现各种各样的子类,这种方式虽然也可以做到业务分离,但是复用和共享很困难。
我们希望像汽车一样,标准化各种零部件,想要什么价位和性能的汽车,就选择组装什么样的零件。这个就是组件设计。
设计一个类Com,作为组件基类,把单一功能的逻辑,作为一个组件。Robot作为集合类,需要什么样的Robot,就组装什么样的组件。

由于篇幅,详细请见下一节。

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