[问答]

对RT-Thread内核中的封装继承与多态有关理解

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 内核中的封装继承与多态 RT-Thread 虽然是使用面向过程的 C 语言来编写，但是处处都体现了面向对象的编程思想，先前对其感悟不够深，随着编写的程序越来愈多，对其理解也逐步加深。封装封装是一种信息隐蔽技术，它体现于类的说明，是对象的重要特性。封装使数据和加工该数据的方法（函数）封装为一个整体，以实现独立性很强的模块，使得用户只能见到对象的外特性（对象能接受哪些消息，具有那些处理能力），而对象的内特性（保存内部状态的私有数据和实现加工能力的算法）对用户是隐蔽的。封装的目的在于把对象的设计者和对象者的使用分开，使用者不必知晓行为实现的细节，只须用设计者提供的消息来访问该对象。在C语言中，大多数函数的命名方式是动词+名词的形式，例如要获取一个 semaphore，会命名成take_semaphore，重点在take这个动作上。在RT-Thread系统的面向对象编程中刚好相反，命名为 rt_sem_take，即名词+动词的形式，重点在名词上，体现了一个对象的方法。另外对于某些方法，仅局限在对象内部使用，它们将采用static修辞把作用范围局限在一个文件的内部。通过这样的方式，把一些不想让用户知道的信息屏蔽在封装里，用户只看到了外层的接口，从而形成了面向对象中的最基本的对象封装实现。下面给出一段示例代码，展示C语言如何实现封装： // shape.h typedef struct{ int x; int y; }Shape; Shape * Shape_create(int x, int y); void Shape_init(Shape * self, int x, int y); void Shape_move(Shape * self, int dx, int dy); // shape.c Shape * Shape_create(int x, int y) { Shape * s = malloc(sizeof(Shape)); s->x = x; s->y = y; return s; } void Shape_init(Shape * self, int x, int y) { self->x = x; self->y = y; } void Shape_move(Shape * self, int dx, int dy) { self->x += dx; self->y += dy; } // main.c #include "shape.h" int main(int argc, char argv[]) { Shape s = Shape_create(0, 0); Shape_move(s, 10, 10); return 0; } 这里定义了一个叫做 Shape 的结构体，外界只能通过相关的函数来对这个 Shape 进行操作，例如创建(Shape_create), 初始化（Shape_init），移动(Shape_move)等，不能直接访问 Shape 的内部数据结构。如果想隐藏某个方法，即变成私有方法private，只需要在shape.c源文件中相应的方法前加上static限制该函数的作用范围为本文件内就可以了，既然隐藏了该方法也就不必在shape.h中声明该函数了。虽然这里没有 class 这样的关键字，数据结构和相关操作是分开写的，看起来不太完美，但确实是实现了封装。继承所有的内核对象都继承自更基础的对象，一直到最基础的对象 rt_object，下面从最上层的对象触发，看看这个继承过程是怎样的，以我最近编写的 uart16550 驱动为例。 struct zynq_uart16550 struct zynq_uart16550 { struct rt_serial_device serial; // 继承自 rt_serial_device XUartNs550 UartNs550Instance; struct rt_semaphore rx_sem; struct zynq_uart16550_config config; }; struct rt_serial_device struct rt_serial_device { struct rt_device parent; // 继承自 rt_device const struct rt_uart_ops ops; struct serial_configure config; void serial_rx; void serial_tx; }; struct rt_device struct rt_device { struct rt_object parent; // 继承自 rt_object enum rt_device_class_type type; /*< device type / rt_uint16_t flag; /*< device flag / rt_uint16_t open_flag; /*< device open flag / rt_uint8_t ref_count; /*< reference count / rt_uint8_t device_id; /*< 0 - 255 / /* device call back / rt_err_t (rx_indicate)(rt_device_t dev, rt_size_t size); rt_err_t (tx_complete)(rt_device_t dev, void buffer); #ifdef RT_USING_DEVICE_OPS const struct rt_device_ops ops; #else / common device interface / rt_err_t (init) (rt_device_t dev); rt_err_t (open) (rt_device_t dev, rt_uint16_t oflag); rt_err_t (close) (rt_device_t dev); rt_size_t (read) (rt_device_t dev, rt_off_t pos, void buffer, rt_size_t size); rt_size_t (write) (rt_device_t dev, rt_off_t pos, const void buffer, rt_size_t size); rt_err_t (control)(rt_device_t dev, int cmd, void args); #endif #if defined(RT_USING_POSIX) const struct dfs_file_ops fops; struct rt_wqueue wait_queue; #endif void user_data; /*< device private data / }; struct rt_object struct rt_object // 作为基础内核对象 { char name[RT_NAME_MAX]; /*< name of kernel object / rt_uint8_t type; /*< type of kernel object / rt_uint8_t flag; /*< flag of kernel object / #ifdef RT_USING_MODULE void module_id; /< id of application module / #endif rt_list_t list; /*< list node of kernel object / }; 整个继承过程从后到前流程如下： struct zynq_uart16550 struct rt_serial_device struct rt_device struct rt_object 可以看出，每一次继承，更基础的内核类都作为更高级的内核类的第一个成员出现，这就像是每一次继承发生时，都为新产生的子类添加了更多功能，同时也继承了父类的属性。多态—改写对象行为在 RT-Thread 中如何体现了多态呢，这一点有时候会带给我困惑，但是如果仔细阅读平时编写的驱动程序的话，只要使用了 RT-Thread 的驱动框架，就会发现多态的实现几乎无处不在。多态表示不同的对象可以执行相同的动作，但是要通过他们自己实现的代码来执行。什么意思呢，就是以设备举例，所有的 rt_device 都支持打开关闭，读写配置等操作，但是对不同类型设备这些操作的细节是不同的，例如串口设备的读写操作和块设备的读写操作不一样，但归根结底都是读写操作，在这一点上是没有区别的。再举一个例子，同样是串口设备，这些串口设备都支持读写操作，但是读写 STM32 串口与操作 zynq 串口的细节就是不一样的，但归根结底，都是读写操作。也就是说，在这种情况下，有了父类，也就是串口设备，就知道说要将来可以进行读写操作，但是对于不同的子类来说，这些读写操作的具体细节要由子类来提供，将来真正要读写的时候，就调用子类提供的代码来实际操作。下面以实际代码来说明多态在 RT-Thread 中的具体实现，首先观察如下代码： struct rt_device struct rt_device { struct rt_object parent; // 继承自 rt_object enum rt_device_class_type type; /*< device type / rt_uint16_t flag; /*< device flag / rt_uint16_t open_flag; /*< device open flag / rt_uint8_t ref_count; /*< reference count / rt_uint8_t device_id; /*< 0 - 255 / /* device call back / rt_err_t (rx_indicate)(rt_device_t dev, rt_size_t size); rt_err_t (tx_complete)(rt_device_t dev, void buffer); const struct rt_device_ops ops; // 注意，这里向子类提供了 rt_device 类的操作表，子类就可以进行方法重写 // 使用这种方式实现了多态，使得继承自设备父类的子类可以用于操作不同类型的设备 // 省略多余代码... void user_data; /*< device private data / }; struct rt_serial_device struct rt_serial_device { struct rt_device parent; // serial device class 继承了父类 rt_device，也就拥有了父类的 rt_device_ops 函数表 const struct rt_uart_ops ops; // 注意这里，这里向子类提供了 rt_uart_ops 类的操作表，子类就可以进行方法重写 struct serial_configure config; // 使用这种方式实现了多态，使得继承自串口父类的子类可以用于操作不同类型的串口设备 void serial_rx; void serial_tx; }; struct zynq_uart16550 struct zynq_uart16550 { struct rt_serial_device serial; // zynq_uart1655 设备类继承了父类 rt_serial_device，也就拥有了父类的 rt_uart_ops 函数表 XUartNs550 UartNs550Instance; struct rt_semaphore rx_sem; struct zynq_uart16550_config config; }; struct rt_uart_ops struct rt_uart_ops // 支持某一特定类型串口设备所需要重写的方法 { rt_err_t (configure)(struct rt_serial_device serial, struct serial_configure cfg); rt_err_t (control)(struct rt_serial_device serial, int cmd, void arg); int (putc)(struct rt_serial_device serial, char c); int (getc)(struct rt_serial_device serial); rt_size_t (dma_transmit)(struct rt_serial_device serial, rt_uint8_t *buf, rt_size_t size, int direction); }; 具体实现实现添加操作函数时，实现如下： static const struct rt_uart_ops zynq_uart16550_ops = // 为 ops 函数表设置特定串口设备的操作函数 { .configure = zynq_uart16550_configure, .control = zynq_uart16550_control, .putc = zynq_uart16550_putc, .getc = zynq_uart16550_getc, }; 接下来使用驱动的初始化代码进行方法重写： uart16550_obj.serial.ops = &zynq_uart16550_ops; // 挂接 rt_serial_device 类中的 rt_uart_ops 函数表，相当于重写了函数表中的方法 0
2022-4-13 17:41:45　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × ss 该类别下有 100 个回答。邀请回答 chunhuahua 该类别下有 55 个回答。邀请回答而无返还该类别下有 47 个回答。邀请回答王尚岱该类别下有 45 个回答。邀请回答最强海贼王该类别下有 45 个回答。邀请回答河神大人该类别下有 43 个回答。邀请回答万航渡路该类别下有 40 个回答。邀请回答 nhcp 该类别下有 40 个回答。邀请回答 wonick 该类别下有 39 个回答。邀请回答青sky 该类别下有 38 个回答。邀请回答 mintsy 该类别下有 38 个回答。邀请回答熊本熊该类别下有 37 个回答。邀请回答其实znvm 该类别下有 36 个回答。邀请回答 zhongnian 该类别下有 36 个回答。邀请回答 h1654155272.9717 该类别下有 36 个回答。邀请回答小野七七该类别下有 35 个回答。邀请回答糖栗子该类别下有 35 个回答。邀请回答 juju宇哥该类别下有 34 个回答。邀请回答星星公交站该类别下有 33 个回答。邀请回答梅利号该类别下有 33 个回答。邀请回答举报 qjqb 相关推荐 • RT-Thread快速入门文档 2915 • RT-Thread是不是不能在ARM Cortex-M3内核系列的芯片上运行啊 2720 • 在rt-thread studio开发环境下如何指定内核代码放到ITCM运行呢？ 417 • RT-Thread内核支持的内存管理有哪几种 1656 • 请问RT-Thread和Freertos哪个更适合学习开发使用呢？ 4201 • 如何基于CubeMX移植RT-Thread Nano？ 2298 • RT-Thread的架构有那几部分组成？ 1675 • 学习RT-Thread的体会和感悟 5052 • 怎么在 RT-Thread Studio 上使用 RT-Thread Nano 4359 • RT-Thread的知识点汇总，不看肯定后悔 3364