C语言适配器模式详解与实践

1. 什么是适配器模式？

适配器模式是一种结构型设计模式，它允许将一个类的接口转换成客户端所期望的另一个接口。适配器让原本由于接口不兼容而不能一起工作的类可以协同工作。

2. 为什么需要适配器模式？

• 兼容不同接口
• 复用现有代码
• 统一接口规范
• 平滑过渡旧系统
• 整合第三方库

3. 实际应用场景

• 传感器数据适配
• 通信协议转换
• 接口版本兼容
• 数据格式转换
• 驱动程序适配

4. 代码实现

4.1 UML 关系图

4.2 头文件 (sensor_adapter.h)

#ifndef SENSOR_ADAPTER_H
#define SENSOR_ADAPTER_H

#include <stdint.h>

// 新接口定义的数据结构
typedef struct {
    float temperature;
    float humidity;
    float pressure;
    uint32_t timestamp;
} SensorData;

// 旧系统的数据结构
typedef struct {
    int16_t temp_raw;      // 原始温度数据
    int16_t humi_raw;      // 原始湿度数据
    int16_t pres_raw;      // 原始气压数据
    uint32_t time;         // 时间戳
} LegacySensorData;

// 新接口
typedef struct {
    void (*process_data)(const SensorData* data);
} NewInterface;

// 旧系统接口
typedef struct {
    void (*old_process)(const LegacySensorData* data);
} OldSystem;

// 适配器
typedef struct {
    NewInterface interface;
    OldSystem* old_system;
} SensorAdapter;

// 创建适配器
SensorAdapter* create_sensor_adapter(OldSystem* old_system);

// 销毁适配器
void destroy_sensor_adapter(SensorAdapter* adapter);

// 数据转换函数
SensorData convert_sensor_data(const LegacySensorData* old_data);

#endif // SENSOR_ADAPTER_H

4.3 实现文件 (sensor_adapter.c)

#include "sensor_adapter.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 数据转换实现
SensorData convert_sensor_data(const LegacySensorData* old_data) {
    SensorData new_data;
    
    // 温度转换 (原始数据除以100得到实际温度)
    new_data.temperature = old_data->temp_raw / 100.0f;
    
    // 湿度转换 (原始数据除以100得到实际湿度)
    new_data.humidity = old_data->humi_raw / 100.0f;
    
    // 气压转换 (原始数据除以10得到实际气压)
    new_data.pressure = old_data->pres_raw / 10.0f;
    
    // 时间戳保持不变
    new_data.timestamp = old_data->time;
    
    return new_data;
}

// 适配器的处理函数
static void adapter_process_data(const SensorData* data) {
    // 将新格式数据转换回旧格式
    LegacySensorData old_data = {
        .temp_raw = (int16_t)(data->temperature * 100),
        .humi_raw = (int16_t)(data->humidity * 100),
        .pres_raw = (int16_t)(data->pressure * 10),
        .time = data->timestamp
    };
    
    // 获取适配器实例
    SensorAdapter* adapter = (SensorAdapter*)((char*)data - offsetof(SensorAdapter, interface));
    
    // 调用旧系统的处理函数
    adapter->old_system->old_process(&old_data);
}

// 创建适配器
SensorAdapter* create_sensor_adapter(OldSystem* old_system) {
    SensorAdapter* adapter = (SensorAdapter*)malloc(sizeof(SensorAdapter));
    adapter->interface.process_data = adapter_process_data;
    adapter->old_system = old_system;
    return adapter;
}

// 销毁适配器
void destroy_sensor_adapter(SensorAdapter* adapter) {
    free(adapter);
}

4.4 使用示例 (main.c)

#include "sensor_adapter.h"
#include <stdio.h>

// 旧系统的处理函数
static void legacy_process(const LegacySensorData* data) {
    printf("旧系统处理数据:\n");
    printf("原始温度: %d (0.01°C)\n", data->temp_raw);
    printf("原始湿度: %d (0.01%%)\n", data->humi_raw);
    printf("原始气压: %d (0.1hPa)\n", data->pres_raw);
    printf("时间戳: %u\n", data->time);
}

// 新系统的处理函数
static void new_process(const SensorData* data) {
    printf("新系统处理数据:\n");
    printf("温度: %.2f°C\n", data->temperature);
    printf("湿度: %.2f%%\n", data->humidity);
    printf("气压: %.1fhPa\n", data->pressure);
    printf("时间戳: %u\n", data->timestamp);
}

int main() {
    // 创建旧系统
    OldSystem old_system = {legacy_process};
    
    // 创建适配器
    SensorAdapter* adapter = create_sensor_adapter(&old_system);
    
    // 测试数据
    LegacySensorData legacy_data = {
        .temp_raw = 2550,    // 25.50°C
        .humi_raw = 6000,    // 60.00%
        .pres_raw = 10150,   // 1015.0hPa
        .time = 1234567890
    };
    
    printf("=== 测试1：旧数据转换为新格式 ===\n");
    SensorData new_data = convert_sensor_data(&legacy_data);
    new_process(&new_data);
    
    printf("\n=== 测试2：新接口适配到旧系统 ===\n");
    adapter->interface.process_data(&new_data);
    
    // 清理资源
    destroy_sensor_adapter(adapter);
    
    return 0;
}

5. 代码分析

5.1 关键设计点

1. 接口转换机制
2. 数据格式转换
3. 适配器封装
4. 向后兼容性

5.2 实现特点

1. 函数指针实现接口
2. 数据结构转换
3. 内存管理安全
4. 使用简单直观

6. 编译和运行

gcc -c sensor_adapter.c -o sensor_adapter.o
gcc -c main.c -o main.o
gcc sensor_adapter.o main.o -o adapter_demo

7. 注意事项

1. 数据转换精度
2. 内存管理
3. 错误处理
4. 性能开销

8. 改进建议

1. 添加错误检查
2. 支持批量数据
3. 优化转换效率
4. 添加数据验证

9. 总结

适配器模式通过转换接口，使得原本不兼容的系统能够协同工作。这种模式特别适合系统升级或整合第三方库的场景。

参考资料

1. 《设计模式：可复用面向对象软件的基础》
2. 《C语言程序设计》
3. 《嵌入式系统设计》