Question

我正在寻求关于我目前的方法是否有意义的建议。如果没有，我想建议某种类型的设计模式，而不是用来取代我目前的直觉。

我的前提是我有一台相机，需要一个CameraLink或CoaXPress电缆接口连接到PC的帧抓取卡。必须使用帧抓取卡控制相机和计算机之间的所有通信和数据传输，因此这两个物理硬件对象之间的耦合非常紧密。

我的问题是我要创建一个＆＃34;相机＆＃34;对象（用于GUI）具有-A＆＃34; FrameGrabber＆＃34;用于获取数据和发送/接收命令和数据的卡对象。但是，我有许多不同类型的不同帧抓取卡。让我们称它们为CoaxGrabberA，CoaxGrabberB，LinkGrabberA和LinkGrabberB。与LinkGrabbers相比，CoaxGrabbers需要一组不同的初始化，设置器和getter参数。

因此，我认为我需要使用两个级别的继承，但是从我读过的所有内容中，应该很少使用继承，并且应该优先考虑组合。因此，我非常怀疑我的设计决策，并寻求某种更好的设计。这是一些半生不熟的代码的例子。它有点冗长，但重要的部分是CoaxGrabberA，CoaxGrabberB，LinkGrabberA和LinkGrabberB是FrameGrabber的孙子孙女的概念，它必须可供Camera使用。其他一切都是为了填写您可能需要的细节。

我的目标是在运行时选择我想用于Camera对象的任何framegrabber（任何make / model / interface）。此外，我想轻松访问该孙子framegrabber类型所特有的所有成员函数，以便在运行时修改硬件的行为。

我的问题是＆＃34;是否有一个特定的设计模式来匹配我不了解的问题，这会让我的生活比使用我天真，直观的方法更容易＃34;

//-----------------------------------------
// Parent Class
//=========================================
class FrameGrabber {
 public:
    virtual void sendCommandString(std::string cmd) = 0;
    virtual void startAcquisition() = 0;
    virtual void stopAcquisition() = 0;
};


//-----------------------------------------
// Children Classes
//=========================================
class CoaxGrabber : FrameGrabber {
 public:
    //functions unique to coax grabbers
    virtual void setCommAddress(int commAddress) = 0;   
    virtual void setStatusPort(int statusPort) = 0;    

    //functions universal to all grabbers
    virtual void sendCommandString(std::string cmd) = 0; 
    virtual void startAcquisition() = 0;                 
    virtual void stopAcquisition() = 0;  

 protected:
    int _commAddress;
    int _statusPort;        

};


class LinkGrabber : FrameGrabber {
public:
    //functions unique to link grabbers
    virtual void setBaudRate(int baudRate) = 0;
    virtual void setNumChannels(int numChannels) = 0;

    //functions universal to all grabbers
    virtual void sendCommandString(std::string cmd) = 0;    
    virtual void startAcquisition() = 0;
    virtual void stopAcquisition() = 0;

protected:
    int _baudRate;
    int _numChannels;

};


//-----------------------------------------
// Grandchildren Classes
//=========================================
class CoaxGrabberA : public CoaxGrabber {
    //identical public members as CoaxGrabber
    //different implementation using
    //different low-level API, ex: BitFlow
}


class CoaxGrabberB : public CoaxGrabber {
    //identical public members as CoaxGrabber
    //different implementation using
    //different low-level API, ex: Kaya
}


class LinkGrabberA : public LinkGrabber {
    //identical public members as LinkGrabber
    //different implementation using
    //different low-level API, ex: NationalInstruments
}


class LinkGrabberB : public LinkGrabber {
    //identical public members as LinkGrabber
    //different implementation using
    //different low-level API, ex: Imperx
}


//-----------------------------------------------------
// Finally, my Camera object, nothing too interesting here
//=====================================================
class Camera {
public:
    Camera() {
        _frameGrabber = NULL;
    }

    ~Camera() { 
        delete _frameGrabber;
    }

    void setGrabber(FrameGrabber* newGrabber)
    {
        delete _frameGrabber;
        _frameGrabber = newGrabber;
    }

    void startAcquisition() {
        _frameGrabber.startAcquisiton();
    }

    void stopAcquisition() {
        _frameGrabber.stopAcquisition();
    }

    int setSensitivity(int sens) {
        _frameGrabber.sendCommandString("sens=" + std::to_string(sens)); 
    }

private:
    FrameGrabber* _frameGrabber;

};


//-----------------------------------------
// This is why I don't like my Camera object
// the actual end-user interface smells
//=========================================
class CameraGui : QMainWindow
{
public:
    void setGrabberType(int type);
    void setCoaxGrabberCommAddress(int address);
    void setLinkGrabberBaudRate(int rate);

    CameraSystem _myCamera;
    CoaxGrabber* _myCoaxGrabber;
    LinkGrabber* _myLinkGrabber;
};


//---------------------------------------------------------------
//This function smells to me, but I cannot think of any other way
//of course, int type will be enum in actual program.
//===============================================================
void CameraGui::setGrabberType(int type) {
    switch (type) {
        case 0: 
            delete _myCoaxGrabber;
            _myCoaxGrabber = new CoaxGrabberA();
            _myCamera.setGrabber(&_myCoaxGrabber); 
            break;
        case 1: 
            delete _myCoaxGrabber;
            _myCoaxGrabber = new CoaxGrabberB();
            myCamera.setGrabber(&_myCoaxGrabber)); 
            break;
        case 2: 
            delete _myLinkGrabber;
            _myLinkGrabber = new LinkGrabberA();
            _myCamera.setGrabber(&_myLinkGrabber); 
            break;
        case 3: 
            delete _myLinkGrabber;
            _myLinkGrabber = new LinkGrabberB();
            _myCamera.setGrabber(&_myLinkGrabber); 
            break;
    }
}

//---------------------------------------------------------------
// this method of setting parameters also smells to me,
// since this data is linked to the Camera object, which
// will have no way of knowing whether the state of its
// framegrabber changed... furthermore, if I change framegrabbers,
// none of the parameter settings (state) will be remembered.
// the user will need to set them all over again.
// the only way I know to circumvent this is to allocate memory for
// every type of framegrabber, and broadcast all state changes to
// all applicable parent grabbers, which will reside in permanent
// memory until the application closes.
//===============================================================
void CameraGui::setCoaxGrabberCommAddress(int address) {
    if(myCoaxGrabber != NULL) {
        myCoaxGrabber->setCommAddress(address);
    }
}

//likewise smell
void CameraGui::setLinkGrabberBaudRate(int rate) {
    if(myLinkGrabber != NULL) {
        myLinkGrabber->setBaudRate(rate);
    }
}

任何和所有建议将不胜感激。长话短说，我对OO设计模式知之甚少，但这感觉就像一个解决的问题，我觉得我重新发明了轮子。是否有更好，更成熟的方式来实现我想要做的事情？

Answer 1

您的设计模式称为“工厂”，继承没有任何问题（https://en.wikipedia.org/wiki/Factory_method_pattern）

在继承和聚合之间选择时我们应该使用的经验法则：

如果某事反映“是”关系（例如CoaxGrabber是FrameGrabber）使用继承。
如果某些内容反映出“有”关系（例如，CameraGui有FrameGrabber），请使用聚合。

我建议使用智能指针（例如std :: shared_ptr）而不是new并删除当前正在使用的内容将使代码更易于管理且不易出错。

在这种情况下：

class Camera {
public:
    CameraSystem() {} // don't need explicit initialization

    ~CameraSystem() {} // resource in shared_ptr will be deleted automatically

    void setGrabber(const std::shared_ptr<FrameGrabber>& newGrabber)
    {
        _frameGrabber = newGrabber;
    }

    void startAcquisition() {
        _frameGrabber->startAcquisiton(); // note -> instead of .
    }

    // ....

private:
    std::shared_ptr<FrameGrabber> _frameGrabber;
};

如果使用工厂：

void CameraGui::setGrabberType(int type) {
    _myCamera.setGrabber(GrabberFactory::createGrabber(type));
}

class GrabberFactory {
public:
    std::shared_ptr<FrameGrabber> createGrabber(int type) {
        switch (type) {
        case GrabberTypeCoaxA: return {new CoaxGrabberA()};
        case GrabberTypeCoaxB: return {new CoaxGrabberB()}; 
        default: throw std::invalid_argument("Invalid grabber type");
        }
    }
};

Answer 2

因此，我认为我需要使用两个级别的继承，但是来自我读过的所有内容都应该很少使用继承，并且组成应该受到青睐。

我无法在不知道更多细节的情况下判断它是否可以完成，但是如果可以的话，如果您能够明确定义Port接口并聚合端口，那么它似乎有助于使设计更清晰在FrameGrabber内，而不是多个FrameGrabber实现。这将有利于组合而不是继承，并成为Strategy pattern的实现。

之后如果您希望每个端口都有自己的特定API，那么端口设置UI显然必须更复杂，因为它需要知道如何处理不同的具体端口。对每种端口实现具有相应控制器或视图模型的各种PortSettingsView会有所帮助。例如。由BitflowCoaxPortSettingsView驱动的BitflowCoaxPortSettingsViewModel等。如果您不熟悉类似MVC的架构，我建议您了解它们。

UI只需要根据端口类型实例化具体的具体PortSettingsView和端口设置视图模型。通过这样做，视图和视图模型将始终知道它们正在配置哪种端口，从而可以轻松处理特定于端口的行为。

也可能有其他替代方案。也许应该使用更抽象的方法来配置端口，以便可以通过相同的API配置所有端口。例如，您可以使用键值对数据结构来保存配置。然后，所有端口都可以实现类似public void reconfigure(PortSettings settings)方法的操作。我无法判断它是否适合您的问题。

最后，请记住，使用工厂抽象复杂的创建过程总是一个好主意。例如，不是直接在UI中使用端口类型的switch语句来实例化正确的视图和视图模型，而是可以将该任务委派给工厂。

在硬件接口之间切换的最佳设计模式

2 个答案: