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NebulaChat 框架学习笔记

news 2025/11/12 16:31:28

作者：Elias
系列：NebulaChat 框架学习笔记
日期：2025.11.11

一、为什么要在工程中使用多态

多态（Polymorphism）是让系统具有“可扩展性”的关键机制。
在实际开发中，我们并不希望每当增加新功能就修改原有逻辑；而是希望“定义统一接口”，在不改变主代码的情况下自由扩展功能模块。

NebulaChat 的架构目标之一，就是模块解耦：网络层、日志层、数据库层各自独立，但都通过统一接口协同工作。

二、运行时多态（虚函数）的工程化意义

最常见的多态形式是“运行时多态”，通过虚函数实现。

class EventHandler {
public:virtual void handleEvent(int fd) = 0;  // 纯虚函数virtual ~EventHandler() = default;
};class ReadHandler : public EventHandler {
public:void handleEvent(int fd) override {char buffer[1024];read(fd, buffer, sizeof(buffer));std::cout << "Received data: " << buffer << std::endl;}
};class WriteHandler : public EventHandler {
public:void handleEvent(int fd) override {std::string msg = "Server Response";write(fd, msg.c_str(), msg.size());std::cout << "Sent data: " << msg << std::endl;}
};

然后在 Reactor 模块中：

class Reactor {
public:void registerHandler(int fd, std::unique_ptr<EventHandler> handler) {handlers_[fd] = std::move(handler);}void dispatch(int fd) {handlers_[fd]->handleEvent(fd);}private:std::unordered_map<int, std::unique_ptr<EventHandler>> handlers_;
};

这样 Reactor 不需要关心事件是读还是写，只知道“调用统一接口”。
这就是运行时多态的真正价值：让模块面向接口编程，而不是面向实现。

三、静态多态（模板）的现代写法

在性能敏感模块中，例如日志系统、内存池、配置管理器，我们可以用模板（compile-time polymorphism）实现“编译期多态”。

template<typename Writer>
class Logger {
public:void log(const std::string& msg) {writer_.write(msg);}private:Writer writer_;
};class FileWriter {
public:void write(const std::string& msg) {std::ofstream file("NebulaChat.log", std::ios::app);file << msg << std::endl;}
};class ConsoleWriter {
public:void write(const std::string& msg) {std::cout << msg << std::endl;}
};

使用时：

Logger<FileWriter> fileLogger;
fileLogger.log("Logging to file");Logger<ConsoleWriter> consoleLogger;
consoleLogger.log("Logging to console");

这里的多态是编译期决定的，不需要虚表开销。
这种模式常用于性能关键路径中，比如日志系统、数据序列化模块、消息协议解析模块等。

四、多态在 NebulaChat 项目中的应用场景

日志模块（Logger）
不同日志输出目标（控制台、文件、远程服务）都实现同一个日志接口。
主程序只调用统一的 Log(Level, Message)，具体输出逻辑由多态对象决定。
事件分发（Reactor 模型）
Reactor 调用 EventHandler::handleEvent()，不同类型的 Handler 实现不同逻辑（读、写、关闭）。
数据库访问层
可以定义一个 DBConnection 抽象接口，并派生出不同数据库类型（MySQL、SQLite、PostgreSQL）。
应用层不关心底层是哪种数据库，只需要调用统一的 Query(sql)。

五、友元（Friend）的设计目的

C++ 的访问控制（private/protected）是保证封装性的重要手段。
但有时两个类关系非常紧密，比如连接池需要访问连接对象的内部状态；此时普通访问会变得冗余。

友元的作用就是：在保持封装的同时，给信任对象“局部访问权限”。

六、友元函数与友元类的高级应用

1. 数据库连接池（DBPool 与 DBConnection）

在连接池中，DBConnection 的连接句柄通常是私有成员，但 DBPool 需要直接操作它（比如回收连接或检查可用性）。

class DBConnection {
private:MYSQL* conn_;bool busy_;friend class DBPool;   // 让连接池能直接访问内部资源public:DBConnection() : conn_(nullptr), busy_(false) {}bool connect(const std::string& url);void close();
};class DBPool {
private:std::vector<std::unique_ptr<DBConnection>> conns_;
public:void release(DBConnection* conn) {conn->busy_ = false;   // 直接访问 private 成员}
};

在这种紧密绑定的关系中，用 getter/setter 反而会破坏简洁性。
友元能在不暴露公共接口的情况下，实现模块间的高效协作。

2. Logger 与 FileHandler

日志系统中，Logger 管理多个输出流，但 FileHandler 内部可能维护一个文件描述符（fd），需要允许 Logger 直接写入。

class FileHandler {
private:int fd_;friend class Logger; // 让 Logger 可以直接写文件public:FileHandler(const std::string& path) {fd_ = open(path.c_str(), O_CREAT | O_APPEND | O_WRONLY, 0644);}~FileHandler() { close(fd_); }
};class Logger {
public:void log(FileHandler& f, const std::string& msg) {write(f.fd_, msg.c_str(), msg.size());}
};

这种用法可以减少接口层的复杂度，也能提升性能。