浅谈项目开发中的模块化、解耦、封装

模块化

解耦

封装

模块化

模块化是指将功能相关的代码和数据组织成独立的模块，以便于开发的任务分割与安排、独立测试、后期维护以及后续别的项目有相同功能时的可移植，大大缩短开发时间，避免重复造轮子。当你模块化到了极致，简单的功能重复项目可以做到1-2天上交测试。

总言之，模块化可以提高代码的可重用性和可测试性，并简化系统的复杂性与提高系统的隐秘性。

先举个代码栗子，简单了解下“模块”，如下低配版按键功能模块示意代码：

#include "delay.h"                /* 示意延时头文件 */
#include "readIO.h"               /* 示意读取KEY状态头文件 */
#include "led.h"                  /* 示意KEY触发的处理函数头文件 *//*按键功能示意代码*/
void KEY_Scan(void)
{if(0 == ReadKEY()){Delayms(20);              /* 仅仅示意，同学们别再用堵塞延时啦，学学状态机 */if(0 == ReadKEY()){LED(OPEN);            /* 实现按键短按亮灯 */}}
}

这是一个关于按键功能的模块，是一个未经过解耦的按键模块，里面还能分割成按键扫描功能模块、IO状态读取模块、按键触发的其他功能模块。

再举个栗子：每个大模块还能继续分割成多个小模块，比如(1+2)为大模块，把“1”与“2”分割出来成为小模块，大模块中主要实现“+”这个功能，以及如何把“1”与“2”甚至“3”“4”“9”的功能接入进来。如用户交互大模块，其中的用户输入可能是按键、触摸屏、通讯协议等，反馈可能是显示图片到OLED屏、串口屏、打印文字信息等等。由用户输入进而实现反馈就是“+”，按键、触摸屏、通讯协议、显示图片到OLED屏、串口屏、打印文字信息就是“1”“2”“3”...

再举个栗子：如一个温控设备，可以分成数据采集模块、用户交互模块、温度控制模块等大模块。这些大模块都可以分派给独立的工程师去进行开发，每位工程师只需了解自己负责模块的功能与接口需求，无需知道这些模块最终被用在哪，当然这是基于系统的隐秘性的。如果你是独立开发或是项目架构师，你要尽可能的去分析每个模块将会用在哪，需要提供什么功能什么接口来提高可重用性。什么需要公开什么需要私有，这里就涉及到了下面讲到的“封装”了。

解耦

解耦是解除耦合的简称，是指将代码中的不相关部分分离开来，以减少模块之间的依赖性，从而提高代码的可维护性、可兼容性和可扩展性。解耦可以通过使用接口、事件驱动编程和依赖注入等技术来实现。

总言之，始终贯彻着“事不关己高高挂起”的核心思想。

何为依赖性？有大部分同学的按键扫描驱动写法都是直接读取GPIO电平的。啊？不是这样写那怎么写啊？看到这里是不是就依赖着“直接读取GPIO电平”了，而且还需要在按键扫描驱动里添加关于“读取GPIO电平”的库函数头文件。

何为耦合？上面说的“直接读取GPIO电平”以及按键触发了短按、短按抬起等等时需要处理的事件，比如需要实现短按亮灯、短按抬起灭灯等，则还需要把关于控制灯功能的头文件添加进来。哇塞，大杂烩，全都到碗里来。

何为接口技术实现解耦？如下升级版按键功能模块示意代码：

/****************************************外部接口****************************************/
#include "delay.h"                /* 示意延时头文件 */
#include "readIO.h"               /* 示意读取KEY状态头文件 */
#include "handle.h"               /* 示意KEY触发的处理函数头文件 */static void KEY_Delayms(unsigned short ms)
{//添加延时函数
}static unsigned char ReadKEY0(void)
{//添加读取KEY0状态的函数
}static void KEY0_Handle(void)
{//添加读取KEY0触发的处理函数
}
/****************************************外部接口 End****************************************//*按键功能示意代码*/
void KEY_Scan(void)
{if(0 == ReadKEY0()){KEY_Delayms(20);           /* 仅仅示意，同学们别再用堵塞延时啦，学学状态机 */if(0 == ReadKEY0()){KEY0_Handle();}}
}

这种接口技术，仅仅在按键功能模块文件里进行解耦，但并不是真正完全解耦。优点是代码上没那么臃肿，把按键驱动功能与外部接口功能分隔开来。

为了实现真正解耦，有请函数指针上场，如下初级版单按键扫描驱动示意代码：

typedef void (*KEY_Delay)(unsigned char ms);                  /* 延时函数函数指针类型 */
typedef unsigned char (*ReadKEY)(void);                       /* 读取按键状态函数函数指针类型 */
typedef void (*KEY_Handle)(unsigned char keyState);           /* 按键处理函数函数指针类型 */static void KEY_Delay_NULL(unsigned char ms){}                /* 延时函数类型的空函数 */
static unsigned char ReadKEY_NULL(void){}                     /* 读取按键状态函数类型的空函数 */
static void KEY_Handle_NULL(unsigned char keyState){}         /* 按键处理函数类型的空函数 */static KEY_Delay  KEY_Delayms = KEY_Delay_NULL;                /**< 延时函数 防止为野指针 */
static ReadKEY    ReadKEY0    = ReadKEY_NULL;                  /**< 读取按键状态函数 防止为野指针 */
static KEY_Handle KEY0_Handle = KEY_Handle_NULL;               /**< 按键处理函数 防止为野指针 *//*延时函数的注册函数*/
unsigned char Register_KEY_Delay(KEY_Delay function)
{if(KEY_Delay_NULL == KEY_Delayms){KEY_Delayms = function;return 0;                        /* 首次注册 */}KEY_Delayms = function;return 1;                            /* 非首次注册 */
}/*读取按键状态函数的注册函数*/
unsigned char Register_ReadKEY(ReadKEY function)
{if(ReadKEY_NULL == ReadKEY0){ReadKEY0 = function;return 0;                        /* 首次注册 */}ReadKEY0 = function;return 1;                            /* 非首次注册 */
}/*按键处理函数的注册函数*/
unsigned char Register_KEY_Handle(KEY_Handle function)
{if(KEY_Handle_NULL == KEY0_Handle){KEY0_Handle = function;return 0;                        /* 首次注册 */}KEY0_Handle = function;return 1;                            /* 非首次注册 */
}/*按键扫描示意代码*/
void KEY_Scan(void)
{if(0 == ReadKEY0())                  /* 低电平有效 */{KEY_Delayms(20);                 /* 仅仅示意，同学们别再用堵塞延时啦，学学状态机 */if(0 == ReadKEY0()){KEY0_Handle(CLICK);          /* 短按按下 */}}
}

由此写法可以看出，这个按键扫描的驱动文件里干净了许多，无需依赖别的头文件，仅有按键扫描的功能，其他部分由上层调用者去注册即可。这时就会有人说，这写法不是看起来更加复杂和繁琐吗？我知道你很急但你先别急，这仅仅只是初级版，我们了解完解耦之后，现在来看看下面的“封装”。

封装

封装是指将代码和数据结构隐藏在一个模块或类中，需要通过提供公共接口来访问和操作这些数据结构和功能。封装可以提高代码的安全性和保密性，降低调用者对代码内部功能具体如何实现的要求，调用者只需关注封装的功能和接口即可。

举个最简单的栗子，函数封装：

C文件内容/*冒泡排序*/
void Bubble_Sort(unsigned char* pBuf, unsigned short bufSize, unsigned char flag)
{//...具体就不实现了哈
}

H文件内容/*声明冒泡排序*/
void Bubble_Sort(unsigned char* pBuf, unsigned short bufSize, unsigned char flag);

冒泡排序函数封装好了，调用者只需了解接口怎么用即可，并不需要知道内部如何排的序。

现在以按键扫描驱动再举个大栗子，里面有面向对象与状态机结合的思想，如下为进阶版按键扫描驱动：

C文件内容#include "KEY_Driver.h"/*按键对象创建*/
void KEY_Create(_STR_KEY* str, unsigned char keyName, \unsigned char (*ReadKEY)(void),    \void (*KEY_Handle)(unsigned char keyState))
{str->keyName = keyName;str->keyState = KEY_STEP_WAIT;str->count = 0;//...str->ReadKEY = ReadKEY;str->KEY_Handle = KEY_Handle;
}/*按键扫描*/
void KEY_Scan(_STR_KEY* str)
{switch(str->CheckStep){case KEY_STEP_WAIT:/*等待按下*/if(0 == str->ReadInputDataBit())                          /* 电平有效 */{str->DownCount = str->Click_CountVal;                 /* 赋予短按按下计数值 */str->CheckStep = KEY_STEP_CLICK;                      /* 检测状态切换：检测按下 */}break;case KEY_STEP_CLICK:/*检测按下*/str->DownCount--;if(str->DownCount == 0)                                   /* 短按按下计数已过(消抖) */{if(0 == str->ReadInputDataBit())                      /* 电平仍然有效 */{str->State = KEY_STATE_CLICK;                     /* 状态切换：短按 */str->ActionFunc(str->ID, str->State);             /* 执行函数 *///...str->CheckStep = KEY_STEP_LONG;                   /* 检测状态切换：检测长按 */}else                                                  /* 无效 */{str->CheckStep = KEY_STEP_WAIT;                   /* 检测状态切换：等待按下 */}}break;//...}
}

H文件(KEY_Driver.h)/**按键状态*/
typedef enum{KEY_STEP_WAIT,KEY_STATE_CLICK,                                        /**< 短按 */KEY_STATE_CLICK_UP,                                     /**< 短按抬起 *///...
}_enum_KEY_STATE;/**按键对象*/
typedef struct STR_KEY{unsigned char keyName;                                  /**< 按键ID */unsigned char keyState;                                 /**< 按键状态 */unsigned short count;                                   /**< 计数器 *///...unsigned char (*ReadKEY)(void);                         /**< 读取按键状态函数函数指针 */void (*KEY_Handle)(unsigned char keyState);             /**< 按键执行函数函数指针 */
}_STR_KEY;/*按键对象创建*/
void KEY_Create(_STR_KEY* str, unsigned char keyName, \unsigned char (*ReadKEY)(void),    \void (*KEY_Handle)(unsigned char keyState));
/*按键扫描*/
void KEY_Scan(_STR_KEY* str);

这个版本的按键驱动是已经完全解耦了，扫描功能是实现了，也封装好了扫描功能，但是我们细看H文件，我们能看到“按键对象”的结构体全部成员(虽然我省略了一部分)。看到就看到啊，怎么了？正因为看到了，我可以根据这个结构体去反向分析代码实现，使得保密性下降。我还可以直接修改结构体成员的值，使得内部代码的运行逻辑乱套甚至崩溃跑飞，使得安全性下降。

那么还需要对结构体进行隐藏，说到结构体隐藏我知道的有两种方式，我们后面再讲。

接着再讲讲源文件，如果直接把源文件发给调用者，调用者可以直接查看并且修改源码，这是非常影响代码的保密性与安全性，当然开源代码就另当别论了。如果调用者在不了解源码的实现原理的情况下，随意修改会导致源码损坏无法运行的后果。所以有的代码还会再进一步封装生成静态库或动态链接库；

分享先到这里，希望能给大家带来启发与帮助。如果对内容存在疑问或想法，欢迎在评论区留言，我会积极回复大家的问题。在我的“经验分享”专栏中，还有很多实用的经验，欢迎一起探讨、一起学习。

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