Механизм пользовательского интерфейса
Последним основным элементом нашей системы является механизм пользовательского интерфейса, который должен быть реализован с помощью классов Keypad и InputManager. Подобно LCDDevice, класс Keypad служит связующим звеном с аппаратной частью, освобождающим InputManager от необходимости каждый раз приспосабливаться к новому "железу". Разделение этих двух абстракций во многом облегчает процесс адаптации системы к другим аппаратным устройствам ввода информации и повышает степень устойчивости ее архитектуры.
Начнем с определения словаря проблемной области:
enum Key {kRun, kSelect, kCalibrate, kMode, kUp, kDown, kLeft, kRight, kTemperature, kPressure, kHumidity, kWind, kTime, kDate, kUnassigned};
Нам приходится использовать префикс k, чтобы не дублировать наименований типов, уже определенных для SensorName.
Далее, определим класс Keypad следующим образом:
class Keypad {
public:
Keypad();
~Keypad();
int inputPending() const;
Key lastKeyPress() const;
protected:
...
};
Протокол для данного класса уже был в основном определен в процессе анализа. Мы добавили лишь операцию inputPending; это сделано для того, чтобы клиент мог узнать, есть ли новая, еще не обработанная команда пользователя.
Класс InputManager имеет во многом аналогичный интерфейс:
class InputManager {
public:
InputManager(Keypad&);
~InputManager();
void processKeyPress();
protected:
Keypad& repKeypad;
};
Как мы увидим, поведение этого класса почти исчерпывающе описывается конечным автоматом.
Рис. 8-13 иллюстрирует взаимодействие классов Sampler, InputManager и Keypad по обработке пользовательских команд. Чтобы интегрировать их, надо несколько видоизменить интерфейс класса Sampler, включив в его описание новый объект repInputManager:
class Sampler {
public:
Sampler(Sensor&, DisplayManager&, inputManager&);
...
protected:
Sensors& repSensors;
DisplayManager& repDisplayManager;
InputManager& replnputManager;
};
Теперь связь между экземплярами классов Sensors, DisplayManager и InputManager устанавливается в момент создания объекта класса Sampler.
Использование ссылок гарантирует, что каждый экземпляр Sampler получит соответствующий набор датчиков, менеджера экрана и менеджера ввода. Другая схема, в которой вместо ссылок используются указатели, обеспечила бы довольно слабую связь, позволяя создавать объект Sampler, у которого отсутствовали бы некоторые важные компоненты.
Ключевую функцию Sampler::sample надо модифицировать следующим образом:
void Sampler::sample(Tick t)
{
repInputManager.processKeyPress();
for (SensorName name = Direction; name <= Pressure; name++)
for (unsigned int id = 0; id < repSensors.numberOfSensors(name); id++)
if (!(t % samplingRate(name)))
repDisplayManager.display(repSensors.sensor (name, id));
}
В начало каждого кадра мы добавили вызов метода processKeyPress. Операция processKeyPress является точкой входа в конечный автомат, управляющий работой экземпляров класса InputManager. Существуют два подхода к реализации любого конечного автомата: можно представить состояния системы объектами и положиться на их полиморфное поведение или просто ввести перечисление состояний, обозначив их литералами.
Для конечных автоматов с относительно небольшим числом состояний, к числу которых принадлежит и класс InputManager, достаточно использовать второй подход. Сначала определим имена объемлющих состояний класса:
enum InputState {Running, Selecting, Calibrating, Mode);
Затем определим некоторые защищенные функции класса:
class InputManager {
public:
...
protected:
Keypads repKeypad;
InputState repState;
void enterSelecting();
void enterCalibrating();
void enterMode();
};
И, наконец, начнем реализовывать переходы между состояниями (см. рис. 8-11):
void InputManager::process Keypress() {
if (repKeypad.inputPending()) {
Key key = repKeypad.lastKeyPress();
switch (repState) {
case Running:
if (key == kSelect)
enterSelecting();
else if (key == kCalibrate)
enterCalibrating();
else if (key == kMode)
enterMode();
break;
case Selecting: break;
case Mode: break;
}
}
}
Таким образом, реализация данной функции отражает содержание диаграммы переходов межу состояниями на рис. 8-11.
8.4. Сопровождение
Полная реализация рассматриваемой системы является не слишком объемной - всего около 20 классов. Тем не менее, для любого работающего фрагмента кода этап последующей модернизации неизбежен. Рассмотрим, что придется сделать, чтобы реализовать еще два дополнительных требования к нашей системе.
Видно, что система позволяет измерять многие погодные параметры, однако не все. Может оказаться, что пользователи захотят измерять также количество осадков. Какие изменения при этом необходимо будет внести в программу?
К счастью, нам не придется радикально менять нашу архитектуру, надо будет лишь дополнить ее. Используя в качестве основы архитектурный макет, представленный на рис. 8-13, можно выделить следующие необходимые изменения:
Создание нового класса-датчика RainFallSensor (датчика осадков); выявление его оптимального положения в иерархии датчиков (RainFallSensor
есть разновидность HistoricalSensor).
Обновление перечисления SensorName.
Модификация класса DisplayManager, обеспечивающая вывод на экран параметров, снимаемых с датчика нового типа.
Модификация класса InputManager, обеспечивающая обработку нажатия новой клавиши RainFall.
Правильное включение экземпляров класса RainFallSensor
в коллекцию Sensors.
Нам может встретиться еще ряд более мелких задач по интеграции нового класса в уже существующую архитектуру, но в любом случае ни сама архитектура, ни основные механизмы системы не претерпят серьезных изменений.
Рассмотрим теперь совершенно другое функциональное свойство: предположим, что мы хотим обеспечить возможность пересылки собранных за день данных на удаленный компьютер. Для реализации этой задачи необходимо:
Создание нового класса SerialPort, ответственного за управление последовательным портом RS232.
Разработка нового класса ReportManager, ответственного за подготовку информации к записи в определенном формате.
Этот класс в основном использует ресурсы класса-коллекции Sensors и ассоциированных с ним конкретных датчиков.
Изменение реализации функции Sampler::sample, дополнительно обеспечивающее периодическое обслуживание последовательного порта.
Признак хорошо продуманной объектно-ориентированной архитектуры - изменения не разрушают ее, а расширяют, сохраняя существующие механизмы.
Дополнительная литература
Проблемы синхронизации процессов, тупиков, конфликтов и т. п. подробно обсуждаются в работах Хансена (Hansen) [H 1977], Бен-Ари (Ben-Ari) [H 1982] и Холта и др. (Holt et al.) [H 1978]. Мелличамп (Mellichamp) [H 1983], Гласе (Glass) [H 1983] и Фостер (Foster) [H 1981] являются традиционными ссылками по вопросам разработки приложении реального времени. Параллельность с точки зрения взаимодействия аппаратуры и программы обсуждает Лорин (Lorin) [H 1972].
