软件架构模式
Garlan和Shaw在《软件体系结构--一门初露端倪学科的展望》(1996)中对软件架构模式进行了分类，这也是目前较为流行的分类方式：
(1)数据流风格：批处理序列；管道/过滤器
(2)调用/返回风格：主程序/子程序;面向对象风格;层次结构
(3)独立构件风格：进程通信；事件系统。
(4)虚拟器风格：解释器;基于规则系统。
(5)仓库风格：数据库系统；超文本系统;黑板系统
温昱在其《软件架构设计》(2007)中推荐了另外一种分类方法，这也是同样于1996年出版的《面向模式的软件体系结构》中的分类方法：
(1)从混沌到结构：分层；管道/过滤器，黑板系统。
“关注各个方面的整体转换，并将工作重点集中于混乱组织成可以结构的问题”
(2)分布式系统：代理者.
(3)交互式系统：MVC;PAC.
(4)适应性系统：微内核；基于元模型。
温昱将前一种称之为经典分类方法，意指其有广泛影响，后一种称为现代分类方法。其指出面向对象开发方法应该和任何一种架构模式都没有直接关系；MVC模式也没提及。他认为经典分类是根据交互机制进行的（调用、发消息或共享数据），现代分类方法是将架构目标作为分类的依据，后一种方式更利于软件架构师挑选合适的架构模式
“但是，绝大多数软件体系结构不能仅依据一个体系结构模式来构建。它们必须支持几种用不同体系结构模式来说明的系统需求。”
1.分层模式：
分层模式是最通用和常见的架构模式。它将依赖性局部化，可替换性好。"治众如治寡，分而治之"。我们的很多组织就是分层模式。分层模式没有明确规定必须的层的类型和数量，不过大部分分层架构模式通常包括4层：表示层，业务层，持久化层和数据库。分层模式是架构中最基本的模式，但是也是我们开发中最被忽视的模式。我们开发中往往没有去定义代码的“层次”，仅仅以“功能”纵向划分模块，没有按实现层次横向切分。
还是以厨房为例吧。
小厨房无所谓了。厨房大了以后，如何管理厨房呢？你当然可以精确管理到每个人，但人的精力是有限的。所以你需要任命一些帮手，有管财务的，有管人事的，有管接待的，有管服务的，有管物资的，当然更要有厨师长，他们先你负责，你分派任务，他们每人可能又有一些助手......
分层模式比较适用于业务逻辑处理。
代码就不重复了，看我的例解嵌入式系统分层结构
分层结构我认为用下图表示比较合适：底层为上层提供服务
2.管道/过滤器模式:
厨房中的流水线即为此模式典型，先买菜，再理菜，再洗菜，再切菜，在炒菜等......前一个单元对数据进行加工后，后一个单元继续加工。这种模式交互性比较差，适用于复杂性处理。管道/过滤器架构模式貌似分层架构其实不然。分层模式的下一层对上一层的输出进行处理(一般来说是细化)，然后将结果返回；管道/过滤器模式的下一单元将上一单元的输出进行再加工。可以这样想有台机器，把一头猪从一端填进去，另一端出来就是的就是火腿肠。分层模式就像送信（TCP/IP协议就是这么解释的）：如何把一份信准确及时的送给对方呢？多个阶段就是多个层（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层）。管道/过滤器模式适合于单进单出的系统，关注数据处理的系统。
管道/过滤器模式像流水线，下一道工序在上一道工序基础上继续加工
3.代理模式：
餐厅来客人了，客人需要点菜，直接找厨师吗？有的菜需要辣一些，有的想清淡一些，客人也需要跑到厨房跟厨师说吗？吃完饭，需要买单，客人去找收银台？小餐馆当然无所谓，但是大餐馆如果这样搞， 客人肯定非常恼火，一众厨师肯定也非常头大。餐厅如何做呢？餐厅的服务生来搞定。服务生起到代理人的作用。有这样一种情况，如果来了一个客人，这个客人说的话服务生听不懂，这怎么办？我们想到的是找一个翻译，翻译起到在客人和服务生之间交流的中介作用，这时候采用的是何种工作模式呢？这不是代理模式也不是管道/过滤器模式，而是分层模式。在软件开发过程中，我们也经常会遇到类似的情况，有部分功能我们可能需要第三方的开发包，但是又不希望被“绑死”在特定的第三方上，这时候我们可能会自定义接口，将第三方屏蔽，设计模式中称这种模式为适配器模式。
代理模式把下图中的9种关系变换成6种关系：
4.MVC模式：
MVC表示Model、View和Controller。这三种组件通过交互来协作。View创建了controller之后，Controller根据用户交互调用Model中的服务，而Model会将自身的改变通知View，View会读取Model的信息更新自身。MVC模式比较适用与GUI程序。还是以厨房为例：厨房中有某道菜非常有名，客人都很喜欢点这道菜，服务生也经常先客人推荐这道菜，但是如果某些原料没有了，这道菜就不能做了，这时服务生要向客人说明情况，采购人员可能需要采购新原料，厨师可能不在做前期准备，客人可能暂时不再点这道菜.......在点菜、采购、订单、制作等活动他们之间是相互影响的，他们之间如何协作呢？一一通知吗？显然工作量太大。可以用让一个人管理一个公告牌或者小黑板，记录原材料的数量等，厨师每取一份材料就改变一次公告牌内容，一旦取完了，服务生就应该提醒顾客某道菜不要再点了，采购人员发现原材料不足，也会主动采购新材料。而服务生发现原材料充足，也会向顾客推荐，同时在顾客点单的情况下，在公告牌通知预留一份材料。
如果不这么做呢？可能是如下情形：服务生把菜单给厨师，厨师去取原料，发现不足，厨师通知服务生，告诉服务生某道菜没法做，厨师可能还要通知采购新材料。服务生然后告知顾客，某道菜材料不足，没法做。采购来原材料后，采购人员通知服务生可以告知顾客重新点了，顾客点单后，服务生再通知厨师做菜....非常的繁琐，但是可怜的是，我们在外用餐时还会经常遇到此类情况。
在这里公告牌就相当于Model，如果信息比较多，可能的情况下，甚至安排专门人员管理这个公告牌，这个人就是View,他负责如何显示信息。参与就餐活动的人会影响Model的内容，而所有人因公告牌内容而采取一系列的活动，这就是Controller，Controller接收输入。用户通过控制器改变了模型数据，模型的数据发生了变化要通报所有视图，视图从模型中恢复数据并更新所显示的信息。区分出系统中哪些是需要“人”来操作的，哪些是用来单纯“输出信息”的，哪些是内部的状态，就是构造MVC系统的关键。
看一个例子：
| class Model{ public: int data; string msg; void setData(d){ this.data=d; cout<<"get data"< msg+=d; } int getData(){ return this.data; } }; |
class Controller{ private: Model model; View view; public: Controller(Model m,View v){ this.model=m; this.view=v; } void setData(data){this.model.setData(data);} void setMsg(msg){this.model.msg=msg;} int getData(){return this.model.getData();} int getMsg(){return this.model.msg;} void updateView(){ this.view.output(this.model.data,this.model.msg); } }; |
| class View{ public: void output(data,msg){ cout< cout< }; }; |
|
|
int main(){ Model model= new Model(); View view= new View(); Controller controller= new Controller(model,view); controller.setData(10); controler.updateView(); controller.setMsg(“hello”); controler.updateView(); return 1; } |
|
*上图来源于菜鸟，以上代码也是模仿其编写的。
上图来源于经典软件架构，补充了MVC模式很多细节。
我的感觉两个图和代码一起看比较合适。
若不用MVC模式呢？
| int main(){ int data; string msg; data=10； cout< cout< msg=“hello”； cout< cout< return 1; } |
当数据量多的时候，如何修改呢？有重用性吗？要改变显示样式有如何改呢？
既然MVC的主要用途是GUI系统，再举一个例子,模拟音乐播放器：
歌词
上一首
播放
下一首
进度 列表循环
//myscript.js
$(document).ready(function(){
//模型
var Model={
state:"pause",
_rate_of_progress:0,
_current:0,
_recycle:0,
_contet:["1....","2....","3....","4....","5....","6....","7....","8....","9....","10...."],
pre:function(){
this._current--;
if(this._current<0)this._current=9;
this._rate_of_progress=0;
},
play_pause:function(){
if(this.state=="pause"){
this.state="play";
}
else{
this.state="pause";
}
},
next:function(){
this._current++;
if(this._current>=10)this._current=0;
this._rate_of_progress=0;
},
rate_of_progress:function(){
if(this.state=="pause")return;
this._rate_of_progress++;
if(this._rate_of_progress>=100){
this._rate_of_progress=0;
if(this._recycle==0)
this.next();
}
},
recycle:function(){
this._recycle=1-this._recycle;
},
};
//视图
var View={
View:function(){
if(Model.state=="pause"){
$("#play_pause").html("播放");
}
else{
$("#play_pause").html("暂停");
}
if(Model._recycle==0){
$("#recycle").html("列表循环");
}
else{
$("#recycle").html("单曲循环");
}
$("#bar").width(Model._rate_of_progress+'%');
$("#content").html(Model._contet[Model._current]);
},
};
//控制器
var Controller={
timer:null,
ctl:function(e){
switch(e.target.id)
{
case "next":
Model.next();
break;
case "pre":
Model.pre();
break;
case "play_pause":
Model.play_pause();
break;
case "rate_of_progress":
case "bar":
Model._rate_of_progress=e.offsetX/$("#rate_of_progress").width()*100;
break;
case "content":
Model.content();
break;
case "recycle":
Model.recycle();
break;
}
View.View();
},
};
Controller.timer=setInterval(function(){
Model.rate_of_progress();
View.View();
},100);
//控制器与输入关联
$("#content").click(Controller.ctl);
$("#next").click(Controller.ctl);
$("#pre").click(Controller.ctl);
$("#play_pause").click(Controller.ctl);
$("#rate_of_progress").click(Controller.ctl);
$("#bar").click(Controller.ctl);
$("#recycle").click(Controller.ctl);
});5.状态模式：
状态模式来实现状态驱动行为，主要是用来实现有限状态机的。在GOF中将其放在设计模式中，认为其是一种行为模式，我认为将其放在架构模式中更好：各种状态相互转化，表示状态的元素构成了一系列“环”。
现实生活中个人、组织也是经常在各自状态之间进行切换的，在不同的场合切换不同的身份（或状态）。"实现有限状态机的一种方法是使用一系列的if-then语句或switch语句稍加整理。虽然初看之下，这种方法是合理的，但当实际应用到任何一个稍复杂的情况，switch/if-then解决方法就变成了有一个怪物，随着更多的状态和条件的加入，这种结构就像意大利面条一样跳转得非常快，使得程序流程很难理解并且产生一个调试噩梦。此外，它不灵活，难以扩展超出它原始设定的范围"。"一种用于组织状态和影响状态变换的更好的机制是一个状态变换表"。"另一种方法就是将状态转换规则嵌入到状态本身的内部"。(引自：[美]Mat Buckland,《游戏人工智能编程案例精粹（修订版）》,人民邮电出版社，2012）,以下的代码也为摘抄或模仿上述文献编制：
template
class State{
public:
virtual void Enter(entity_type*)=0;
virtual void Execute(entity_type*)=0;
virtual void Exit(entity_type*)=0;
~State();
};
template
class StateMachine{
private:
State* m_pOwner;
State*m_pPreviousState;
State*m_pCurrentState;
State*m_pGlobalState;
public:
void StateMachine(entity_type *owner):m_pOwner(owner),m_pCurrentState(NULL), m_pPreviousState(NULL){}
void SetCurrentState(State*s){m_pCurrentState=s};
void SetGlobalState(State*s){m_pGlobalState=s};
void SetPreviousState(State*s){m_pPreviousState=s};
void Update()const{
if(m_pGlobalState)m_pCurrentState->Execute(m_pOwner);
if(m_pCurrentState)m_pCurrentState->Execute(m_pOwner);
}
void ChangeState(State*pNewState){
m_pPreviousState=m_pCurrentState;
m_pCurrentState->Exit(m_pOwner);
m_pCurrentState=pNewState;
m_pCurrentState->Enter(m_pWner);
}
void RevertToPreviousState(){
ChangeState(m_pPreviousState);
}
}; | class E { public: E(){m_data=0;m_pStateMachine->setMachine(this);} void Update(){ ++m_data; m_pStateMachine->Update(); } StateMachine int m_data; private: StateMachine } class State1：public State { public： void Execute(E *a){ cout<<"s1="< if(a->m_data%3==0) a->GetFSM()->ChangeState(new State2()); } void Enter(E *a){}; void Exit(E*a){}; } class State2：public State { public： void Execute(E *a){ cout<<"s2="< if(a->m_data%5==0) a->GetFSM()->ChangeState( new State1()); } void Enter(E *a){}; void Exit(E*a){}; } |
| int main(){ E e; for(int i=0;i<200;i++){ e.Update(); sleep(200); } } |
为更进一步解释状态模式，下面列举一个相对比较复杂的例子：模拟电子手表。电子手表只有4个键，其中一个键主要起照明作用，电子手表功能由其余三个按键实现，但是却要设定时间、日期、闹铃等功能，逻辑关系比较复杂，如果不采用状态模式设计的话，代码的实现会非常的困难。因为代码量相对较大，不在此展示，具体见模拟电子手表--结合MVC模式和状态模式