使用C++創建傳感器接口

在過去的幾篇文章中，我們一直在探索開發人員如何與傳感器交互并開發可重用的驅動程序。在“與現代傳感器接口：接口設計”中，我們研究了如何使用 C 設計傳感器接口。在本文中，我們將從更面向對象的角度使用 C++ 創建傳感器接口。

使用 UML 進行界面設計

統一建模語言(UML) 提供了一種標準化的方式來表達獨立于編程語言的軟件概念。在開始編寫代碼之前，想要設計傳感器接口的開發人員應該創建一個簡單的類圖，展示他們的傳感器接口類的外觀。例如，傳感器的類圖可能如下所示：

（來源：雅各布·貝寧戈）

此圖中有幾個有趣的點需要注意。首先，接口是繼承類必須實現的操作的集合。讀者會注意到我們的頂層是一個接口，它描述了每個繼承類必須實現的操作。在此示例中，這包括以下操作：

初始化傳感器
寫入傳感器
從傳感器讀取

任何傳感器都至少有這些操作，但它們可能會提供額外的方法，例如 Power 類也提供校準操作。在面向對象的術語中，傳感器類是一個抽象類。其次，我們使用空心箭頭表示實現類繼承自接口。溫度、濕度和功率都是實現傳感器的類。最后，Power 類還作為一個附加方法（操作），calibrate，它不是 Sensor 接口的一部分。

在 C++ 中實現接口

C++ 沒有像 Java 等其他面向對象的編程語言那樣特別具有接口。C++ 僅使用抽象類提供接口功能。抽象類是其他類從其繼承的具有至少一個純虛函數的基類。純虛函數是已聲明但未提供實現的函數。相反，繼承類必須提供實現。回想一下我們的 UML 圖，這是有道理的。Sensor 類正在創建一個契約，所有傳感器都將提供 Init、Write 和 Read 操作，但 Sensor 類本身不知道如何實現這些操作。它將實現留給類實現來完成。

在 C++ 中創建接口相對簡單。開發人員像任何其他類一樣創建該類，只是它們不包含構造函數，這取決于實現類，但仍應創建解構函數。然后將每個操作聲明為純虛函數。Sensor 接口基類的示例如下所示：

類傳感器接口
{
??? 上市：
??????? 虛擬 void Init() = 0;
??????? 虛擬無效寫入（）= 0；
??????? 虛擬無效讀?。ǎ? 0；
};

除了通常稱為方法的函數被聲明為虛擬并分配一個空值之外，該類的創建方式與任何其他類一樣。我們還包括一個析構函數以確保我們也可以進行清理。

實現一個新的傳感器類

在我們的示例圖中，我們有三個不同的繼承類，溫度、濕度和功率。我們當然可以有更多或更少，我們甚至可能有與這些類相關或繼承自這些類的類。不過今天，我們有興趣了解如何讓我們的傳感器類從接口（抽象類）繼承。

當我們定義將從 SensorInterface 類繼承的傳感器類時，我們將定義如下類：

溫度類：公共傳感器接口
{
??? 上市：
??????? 無效初始化（）；
??????? 無效寫入（）；
??????? 無效讀?。ǎ?；
};

類濕度：公共傳感器接口
{
??? 上市：
??????? 無效初始化（）；
??????? 無效寫入（）；
??????? 無效讀取（）；
};

類電源：公共傳感器接口
{
??? 上市：
??????? 無效初始化（）；
??????? 無效寫入（）；
??????? 無效讀?。ǎ???????? 無效校準（）；
};

如您所見，我們在新類定義之后使用：，然后是基類。新類必須定義純虛函數才能實例化該類。今天我不打算詳細介紹它的外觀，但為了給你一個大致的概念，我使用的符號是用于外部定義的，所以每個類都有一個形式的實現：