如何在嵌入式系统上利用多态性？

Question

一直在开发MCU的adc外设的C++软件驱动。

连接到 adc 的各个模拟输入可以配置为在单极或双极模式下运行。为了在我的设计中反映这一事实，我决定通过 AnalogInput 抽象 class 对模拟输入建模，然后定义两个派生的 classes。 UnipolarAnalogInput 用于单极模拟输入，BipolarAnalogInput 用于双极模拟输入。这两个 class 仅在 getValue() 方法的实现上有所不同。

enum class Type
{
Unipolar,
Bipolar
};

class AnalogInput
{
public:

virtual float getValue() = 0; 

};

class UnipolarAnalogInput : public AnalogInput
{
public:

UnipolarAnalogInput(uint8_t _id, bool _enabled, Type _type);
bool isEnabled();
bool isReady();
float getValue(); 

private:

uint8_t id;
Type type;
bool enabled;
bool ready;
uint16_t raw_value;

};

class BipolarAnalogInput : public AnalogInput
{
public:

BipolarAnalogInput(uint8_t _id, bool _enabled, Type _type);
bool isEnabled();
bool isReady();
float getValue(); 

private:

uint8_t id;
Type type;
bool enabled;
bool ready;
uint16_t raw_value;

};

我的目标是满足以下要求：

统一使用两种类型的模拟输入
有机会创建 UnipolarAnalogInput 或 BipolarAnalogInput 的实例基于编译时已知的 Adc 的用户配置
有机会在 for 循环迭代中创建实例
有适合嵌入式系统的实现

这是我的想法

至于要求1.

理想状态是AnalogInput analog_inputs[NO_ANALOG_INPUTS]。据我所理解正确地，这在 C++ 中是不可能的。相反，我需要定义 AnalogInput *analog_inputs[NO_ANALOG_INPUTS].

至于要求2.

在我看来，除了嵌入式系统之外，其他系统的最佳解决方案是使用工厂方法设计模式，即在 AnalogInput define

中

static AnalogInput* getInstance(Type type) {
    if(type == Unipolar) {
        // create instance of the UnipolarAnalogInput
    } else if(type == Bipolar) {
        // create instance of the BipolarAnalogInput
    }
}

这里我可能需要在某个地方为 UnipolarAnalogInput 实例和 BipolarAnalogInput 实例定义辅助数组，这些实例将由工厂方法分配，指向这些数组的指针将由 getInstance()。由于辅助数组的存在，这个解决方案在我看来非常麻烦。

至于要求3.

for(uint8_t input = 0; input < NO_ANALOG_INPUTS; input++) {
    analog_inputs[input] = AnalogInput::getInstance(AdcConfig->getInputType(input));
}

至于要求4.

在这里我要说的是我上面的建议也适用于嵌入式系统因为该解决方案避免使用标准 new 运算符。问号是虚的方法 getValue().

我的问题是辅助阵列的存在是否不可避免？

Answer 1

你所说的“辅助数组”主要用于内存管理，即你需要选择内存来存储你的对象。它也是一个接口 - 数组是你访问 ADC 的方式。

您可以将对象存储在堆或（全局）数据段中 - 对象数组实现后者（您还可以创建全局变量，每个 ADC 一个，这是一个更糟糕的解决方案）。如果编译器拥有在编译期间分配内存所需的所有信息，则它通常是首选方法。然而 - 正如您所注意到的 - 使用静态分配的对象来实现多态性变得相当烦人。

另一种方法是将它们保存在堆中。这在嵌入式系统中通常是完全可以接受的，如果您在启动时分配堆内存并永久保留它（即永远不要尝试释放或重新使用这部分堆，这会有碎片化的风险）。这真的是唯一人道的方式来做多态的东西，尤其是对象实例化。

如果您不喜欢数组，请使用其他一些存储方法 - 链表、全局变量等等。但是您需要通过指针（或引用，也是指针）访问对象，多态性才能发挥作用。数组是一个简单的概念，为什么不使用它们呢？

如何在嵌入式系统上利用多态性？

How to exploit polymorphism on embedded systems?

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