C语言工厂模式：把设备创建独立出来

前面的函数指针多态已经解决了：

不同设备怎么统一使用。

现在继续解决：

不同设备怎么统一创建。

这就是工厂模式。

一、原来的问题

原来的 UART：

UartDevice uart1;

void device_init(void)
{
    uart1.port = 1;

    uart1.base.ops.open  = uart_open;
    uart1.base.ops.read  = uart_read;
    uart1.base.ops.close = uart_close;

    uart1.base.self = &uart1;
}

上层必须知道：

• UartDevice 怎么创建
• ops 怎么绑定
• self 指向哪里

也就是说：

创建细节暴露给了上层。

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二、第一步：把 UART 创建封装起来

把原来的初始化代码放进：

Device *uart_create(int port)
{
    static UartDevice uart;

    uart.port = port;

    uart.base.ops.open  = uart_open;
    uart.base.ops.read  = uart_read;
    uart.base.ops.close = uart_close;

    uart.base.self = &uart;

    return &uart.base;
}

以后创建 UART 只需要：

Device *dev = uart_create(1);

上层不再关心：

UartDevice 怎么初始化
ops 怎么绑定
self 指向哪里

这就是工厂的第一步：

把“怎么创建”封装起来。

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三、进一步支持 UART、SPI、I2C

定义设备类型：

typedef enum
{
    DEVICE_UART,
    DEVICE_SPI,
    DEVICE_I2C
} DeviceType;

再建立统一工厂：

Device *device_create(DeviceType type)
{
    switch (type)
    {
        case DEVICE_UART:
            return uart_create(1);

        case DEVICE_SPI:
            return spi_create(1);

        case DEVICE_I2C:
            return i2c_create(0x50);

        default:
            return NULL;
    }
}

现在上层只需要：

Device *dev = device_create(DEVICE_UART);

或者：

Device *dev = device_create(DEVICE_SPI);

创建谁，由工厂决定。

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四、创建后怎么使用？

前面的多态接口完全不需要改变：

void device_open(Device *dev)
{
    dev->ops.open(dev->self);
}

int device_read(Device *dev, uint8_t *buf, int len)
{
    return dev->ops.read(dev->self, buf, len);
}

void device_close(Device *dev)
{
    dev->ops.close(dev->self);
}

所以：

Device *dev = device_create(DEVICE_UART);

device_open(dev);
device_read(dev, buf, 10);
device_close(dev);

换成 SPI：

Device *dev = device_create(DEVICE_SPI);

device_open(dev);
device_read(dev, buf, 10);
device_close(dev);

上层调用完全不变。

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五、工厂和多态分别解决什么？

工厂模式
    ↓
device_create()
    ↓
决定创建 UART / SPI / I2C
    ↓
解决“创建谁”

函数指针多态
    ↓
device_open/read/close()
    ↓
决定调用哪个实现
    ↓
解决“怎么用”

两者组合：

device_create()
      ↓
具体设备
      ↓
统一 Device *
      ↓
函数指针
      ↓
UART / SPI / I2C

六、最终理解

工厂负责“生对象”，多态负责“用对象”。

这样新增设备时：

增加新设备实现
      ↓
增加对应 create()
      ↓
接入工厂
      ↓
上层代码基本不动

这就是工厂模式在嵌入式驱动框架中的价值：

把对象创建与对象使用解耦。