实现某个功能所有的程序都可以调用这个函数不用自己再单独实现一遍函数级的代码复用。

2将一些通用的函数打包封装成库并引出API供程序调用实现了库级的代码复用

3将一些类似的应用程序抽象成应用骨架然后进一步迭代成框架实现框架级的代码复用

如果从代码复用的角度看操作系统操作系统其实也是对任务调度、任务间通信等功能实现并引出API供应用程序调用相当于实现了操作系统级的代码复用。

通常将要复用的具有某种特定功能的代码封装成一个模块各个模块之间相互独立使用的时候可以以模块为单位集成到系统中。

随着系统越来越复杂集成的模块越来越多模块之间会产生依赖关系。

为了便于系统的管理和维护又开始出现分层思想可以把一个计算机系统分为应用层、系统层、硬件层。

在Linux内核中往往包含很多模块和子系统如文件系统、内存管理子系统、进程调度等。

每一个模块或子系统也包含着分层的思想。

如Linux文件系统就包括虚拟文件系统VFS和各种类型的文件系统Ext、Fat、NFS等。

底层的磁盘、文件系统、虚拟文件系统及应用层的API读写接口也可以实现分层。

一个系统通过分层设计各层实现各自的功能各层之间通过接口通信。

每一层都是对其下面一层的封装并留出API为上一层提供服务实现代码复用。

面向对象编程基础

面向过程编程中函数是程序的基本单元可以把一个问题分解成多个步骤来解决每

在面向对象编程中对象是程序的基本单元对象是类的实例化类则是对客观事物抽象而成的一种数据类型其内部包括属性和方法。

面向对象编程则侧重于将问题抽象、封装成一个个类然后通过继承来实现代码复用面向对象编程一般用于复杂系统的软件分层和架构设计。

内核中的很多子系统、模块在实现过程中处处体现了面向对象编程思想。

C语言中没有class关键字但是可以使用struct模拟一个类C类中的属性类似结构体的各个成员。

虽然结构体内部不能像类一样可以直接定义函数但可以在结构体中内嵌函数指针来模拟类中的方法。

struct

如果一个结构体中需要内嵌多个函数指针可以把这些函数指针进一步封装到一个结构体内。

struct

operations{void(*fp1)(void);void

(*fp2)(void);void

通过把函数封装在结构体中然后嵌入该结构体可以把一个类的属性和方法都封装在一个结构体里。

如何继承

C语言可以通过在结构体中内嵌另一个结构体或结构体指针来模拟类的继承。

在结构体类型cat里内嵌结构体类型animal此时结构体cat就相当于模拟了一个子类cat而结构体animal相当于一个父类。

C语言中,内嵌结构体或内嵌指向结构体的指针可以看作对“继承”的模拟。

Linux内核中为了实现对链表操作的代码复用定义了一个通用的链表及相关操作.

struct

如果想复用Linux内核中的通用链表及相关操作就可以通过内嵌结构体来继承list_head的属性和方法。

struct

Linux的设备管理模型说起。

Linux内核中定义了一个非常重要的结构体类型。

struct

所有设备在系统中的树结构,kobject结构体用来表示Linux系统中的一个设备相同类型的kobject通过其内嵌的list_head链成一个链表然后使用另外一个结构体kset来指向和管理这个列表。

以字符设备为例我们可以看到字符设备结构体cdev在内核中的定义。

struct

在结构类型cdev中通过内嵌结构体kobject来模拟对基类kobject的继承字符设备的注册与注销都可以通过继承基类的kobject_add()/kobject_del()方法来完成。

与此同时字符设备在继承基类的基础上也完成了自己的扩展实

己的read/write/open/close接口并把这些接口以函数指针的形式封装在结构体file_operations中。

struct

不同的字符设备会根据自己的硬件逻辑实现各自的read()、write()函数并注册到系统中。

当用户程序读写这些字符设备时通过这些接口就可以找到对应设备的读写函数对字符设备进行打开、读写、关闭等各种操作。

总线设备模型

无法对这个设备进行读写。

每一个字符设备都对应的字符设备驱动程序每一个块设备都有对应的块设备驱动程序。

对于一些总线型的设备如鼠标、键盘、U盘等USB设备设备通信是按照USB标准协议进行的。

Linux系统为了实现最大化的驱动代码复用设计了设备-总线-驱动模型用总线提供的一些方法来管理设备的插拔信息所有的设备都挂到总线上总线会根据设备的类型选择合适的驱动与之匹配。

通过这种设计相同类型的设备可以共享同一个总线驱动实现了驱动级的代码复用。

总线设备模型相关的3个结构体分别为device、bus、driver它们可以看成基类kobject的子类。

struct

与字符设备cdev类似在结构体类型device的定义里也通过内嵌kobject结构体来完成对基类kobject的继承。

但其与字符设备不同之处在于device结构体内部还内嵌了bus_type和device_driver用来表示其挂载的总线和与其匹配的设备驱动。

具体的设备。

其他具体的总线型设备如USB设备、I2C设备等可以通

过内嵌device结构体来完成对device类属性和方法的继承。

struct

除了内嵌结构体C语言还可以有其他方法来模拟类的继承如通过私有指针。

我们可以把使用结构体类型定义各个不同的结构体变量也可以看作继承各个结构体变量就是子类然后各个子类通过私有指针扩展各自的属性或方法。

这种继承方法主要适用于父类和子类差别不大的场合。

如Linux内核中的网卡设备不同厂家的网卡、不同速度的网卡以及相同厂家不同品牌的网卡它们的读写操作基本上都是一样的都通过标准的网络协议传输数据唯一不同的就是不同网卡之间存在一些差异如I/O寄存器、I/O内存地址、中断号等硬件资源不相同。

遇到可以将各个网卡一些相同的属性抽取出来构建一个通用的结构体net_device然后通过一个私有指针指向每个网卡各自不同的属性和方法这样可以最大程度地实现代码复用。

struct

当我们使用该结构体类型定义不同的变量来表示不同型号的网卡设备时这个私有指针就会指向各个网卡自身扩展的一些属性。

继承与抽象类

含有纯虚函数的类称之为抽象类。

抽象类不能被实例化实例化也没有意义如animal类它只能被子类继承。

抽象类的作用主要就是实现分层实现抽象层。

当父类和子类之间的差别太大时很难通过继承来实现代码复用如生物类和狗

类我们可以在它们之间添加一个animal抽象类。

抽象类主要用来管理父类和子类的继承关系通过分层来提高代码的复用性。

如上面设备模型中的device类位于kobj类和usb_device类之间通过分层

可以使用C语言来模拟多态如果把使用同一个结构体类型定义的不同结构体变量看成这个结构体类型的各个子类那么在初始化各个结构体变量时如果基类是抽象类类成员中包含纯虚函数则为函数指针成员赋予不同的具体函数然后通过指针调用各个结构体变量的具体函数即可实现多态。

#include