架构思维：如何让写程序像搭积木一样轻松？

Posted 2022-02-05 C语言与CPP编程

这篇算是来自读者【戚翔尔】的约稿，MVC主题，先给写上。

本篇文章属于启发型，会联系到各种知识，不一定皆是编程领域的，概念碰撞，思维摩擦，以飨读者。

1

开发思维

开发能力的提高，往往不在于你懂得几种语言、多少语法，因为这些都只是应用层面的东西。

开发者真正值得增加杠杆的地方在哪呢？解决问题的思维。

开发思维，就是利用编程来解决实际问题的思考方式。这需要多思考，写项目实践，再反思有效的方式，优化无效的方式，不断完善开发流程。

那么设计模式算不算开发思维？大家看得到的设计模式的结构图、代码这些，都不算是。

如何形成这种结构？为何要包含这些组件？为何同一问题存在多种相似的设计模式？为何要满足SOLID原则？这些背后的原理与依据，才是开发思维。

本篇讲解的MVC，只是开发流程的一个部分，在这部分中需要组织程序的结构。依据解决这个问题的思维方式，具体实现出来的一种形式就是MVC。MVC具体实现的技术用到了一些设计模式，所以它本身就属于是对设计模式的应用。也可以理解为，设计模式的组合运用，配合开发思维，可以创建架构。

简而言之，MVC是一种组织代码结构的思维，其具体实现使用了某些设计模式。

2

问题解决流程

解决问题一般分为三个步骤：确定问题、分析原因和选择策略。

第一步，确定问题。

什么是问题？问题就是理想和现实之间的差距。

确定问题，就是搞清楚真正的需求是什么，为目标定一个方向，以免南辕北辙。

大家一定都有过这样的经历：拿到一个需求，或是自己实现一些小项目，写了半天才忽然发现这种设计实现起来有问题，或是不符合需求。从而推倒重来，浪费了大量时间，这便是忽略了这一步。

因此这步有两个作用，一是定义，二是定向。定义用于明确需要做什么，定向用于清楚要做成什么样。

完成了以上两点，也就确定了需要解决的问题，接着便可以集中注意力来具体分析问题。

第二步，分析原因。

所谓分析，就是将复杂问题拆解成更具体、更熟悉的小问题，来一步步攻克它。

这样，就可以把抽象的问题，转化成易被解决的问题。在此基础上，便能够决定程序应该包含哪些组件与模块，从而搭建起程序的基本框架。

一个项目，由想法到落地，不是一开始就具备所有功能，实现所有需求，而是先搭建起一个基本框架，再往里面填充细节。最初，框架并不会很复杂，只会包含实现核心需求所需要的主要组件，通过这些主要组件，迅速让这个系统运转起来。然后在此基础上，发现缺少什么功能了，再慢慢添加进来，久而久之，简单的系统就变成了很大的项目。

打个比方。一个项目就像是一颗种子，起初可能只是一个不经意间的想法，被你敏感地捕捉到了。你不断给它浇水、施肥，让这个想法逐渐清晰、完善起来，使它生根发芽，慢慢成长，最终长成参天大树。

这一步可以说是项目能够落地的关键步骤，也是真正的难点所在。

最后一步，选择策略。

经过分解，抽象的问题变成了一个个具体的问题，我们现在要做的，就是去寻找攻下它们的方法。

其实大部分问题，都是不需要自己创造方法去解决的，前人早就给我们总结好了。我们只需要去学习这些总结好的策略，就能够应付绝大多数问题，这需要的不是天赋，而是勤奋。

设计模式本身就属于这一阶段，那么它自然是由前两个步骤总结、归纳、提炼而来的。说它难学、抽象，不是说代码本身有多复杂，而是解决问题的思维很难掌握。代码只是结果，如何产生的过程才是重点。

简言之，前两个步骤重点在于纵向洞察问题，这一步骤在于横向寻找若干解决方案。

组件划分好了，如何安排它们的结构？如何处理它们的逻辑？如何把它们组合起来使用？如何生成它们？它们之间应该如何交互？参数应该如何传递？等等等等问题，最终都在这里解决。

也就是说，真正的编码实现是在这一步，它是前两步完成之后，自然而然确定的结果。

MVC就属于这一步，Model是什么？就是拆解问题所确定的组件构成的模块。组件与模块之间是什么关系呢？模块由组件构成。比如网络模块，其中含有的TCP、UDP、HTTP这些工具就是组件。

可以这样理解，模块就像是积木，功能就是部件，积木构成部件，部件组成了程序整体。

3

三层思维模型

拆解划分的诸多模块，其实就是程序的「逻辑部分」。

如何将这些逻辑更好地展现出来，就涉及程序的「结构部分」。

可以类比摄影。模块就好似拍摄的素材，它是一个个小的视频片段，把这些片段进行组合拼接，就可以形成一部完整的作品。整合形式的不同，产生的效果也不同，如何让视频的观感更佳？便产生了许多「蒙太奇手法」，蒙太奇指的就是把零碎的片段整合成作品的方法。

那么在程序开发领域，是不是也存在一些整合模块的蒙太奇手法呢？的确是有的，MVC、MVP、MVVM这些都属此列。

那么它们到底是做了个什么工作呢？

这里向大家分享一个我一直在践行以及迭代的模型——「三层思维模型」。它可以帮助你从更高的维度来理解这些「蒙太奇手法」是如何来组织程序的结构的。

可以把程序架构整体上分为三个层次：应用层、结构层和原理层。

应用层指的是能够被用户感知的、可交互的东西，例如界面、接口这些。

结构层指的是构成程序的组件、模块、功能，也就是在源码中直接呈现的、能够被开发者感知到的东西。

原理层指的是底层的、不变的理念思路，是一切的基础和支撑。

这就好似写作，原理层是作者的写作风格和思路，结构层是作者使用的词语句式，应用层则是最终呈现出来的作品。一旦作者的风格与思路确定了，整部作品就是顺势而为，遣词造句只是技巧上的功力。

所以看不见的原理层才是关键，程序开发实际上是从原理层入手，确定设计理念与原理，再描绘出最终想要呈现的形式，次再依据原理与形式，拆解出程序需要包含的功能，划分出程序的模块和组件。

4

具体架构的多样性

拆解出程序的模块与组件之后，便产生了新的问题：如何合理地安排它们之间的结构？

要与用户交互，模块与组件必须呈现出来，因此，实际上就是处理「结构层与应用层」之间的关系。

结构层的所有东西，就称之为Model；应用层的东西，称之为View。

Model和View自然可以直接关联，杂糅到一起，但如此一来，程序结构将会非常混乱。

结构从本质上来说，是一种逻辑。结构是程序功能的逻辑体现，清晰的结构是项目需求确定后的自然选择。

因此，往往会通过一个桥梁来连接Model和View。这样，让Model和View更加关注自身的职责，它们之间如何沟通，则由这个桥梁来负责。

在这个理念下，具体实现方式的不同，便产生了多种策略。比如MVC、MVP、MVVM。

也可以理解为，采用的技术不同，逼近理念的程度也不同，正因为技术上存在局限，才产生了不同的实现方式，来尽可能更加完美地实现理念。

所以，只要你的实现能够满足项目需求，遵循这个理念，即便不使用常见架构，又有何不可呢？太过拘泥于架构的某种具体实现形式，未免胶柱鼓瑟，过于穿凿了。

5

MVC

MVC连接Model和View之间的桥梁便是Controller，它的工作是创建合适的View并与Model沟通，从而进一步配置View的数据。

下面以一个例子来进行讲解。

这是用Duilib写的一个小Demo，模拟了一个钱包界面，可以充值余额、显示余额、并对余额进行自增和自减操作，操作结果将自动更新到当前余额。

首先来看View部分，主要由BalanceView类负责。

1class BalanceView : public WindowImplBase
 2
 3public:
 4    BalanceView(BalanceController* controller);
 5
 6    void InitWindow() override;
 7    void Notify(TNotifyUI& msg) override;
 8    LRESULT HandleMessage(UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) override;
 9
10    void UpdateBalance(int value);
11
12protected:
13    CDuiString GetSkinFile() override;
14    LPCTSTR GetWindowClassName(void) const override;
15
16private:
17    void OnClickTopUp(TNotifyUI* pObj);            // 充值事件
18    void OnClickBalanceIncrease(TNotifyUI* pObj);  // 余额自增事件
19    void OnClickBalanceDecrease(TNotifyUI* pObj);  // 余额自减事件
20
21private:
22    BalanceController* pController;
23
24    UIEventHandler m_ClickHandler;  // 点击事件处理
25    CButtonUI* btnTopUp;            // 充值按钮
26    CButtonUI* btnBalanceIncrease;  // 余额自增按钮
27    CButtonUI* btnBalanceDecrease;  // 余额自减按钮
28;

即便不懂Duilib也没关系，因为只是借助它来谈论MVC。

这里主要关注BalanceView的ctor，在这里保存了Controller的指针。为什么呢？

MVC的行为流程是这样的：用户通过View产生事件，Controller根据事件选择相应的策略，交由Model处理，Model处理完成后通知Controller，Controller再更新View。

因为View产生事件后要交给Controller去负责处理事件，所以需要保存Controller。代码很简单：

1BalanceView::BalanceView(BalanceController* controller)
2    : pControllercontroller
3
4

当用户点击充值、自增、自减三个按钮时，同样将逻辑跳转到Controller。

1void BalanceView::OnClickTopUp(TNotifyUI* pObj)
 2
 3    CEditUI* etTopUpValue = static_cast<CEditUI*>(m_PaintManager.FindControl(L"editTopUpValue"));
 4    int value = _ttoi(etTopUpValue->GetText().GetData());
 5
 6    // 交由Controller负责与Model沟通
 7    pController->TopUp(value);
 8
 9
10void BalanceView::OnClickBalanceIncrease(TNotifyUI* pObj)
11
12    // 交由Controller负责与Model沟通
13    pController->BalanceIncrease();
14
15
16void BalanceView::OnClickBalanceDecrease(TNotifyUI* pObj)
17
18    // 交由Controller负责与Model沟通
19    pController->BalanceDecrease();
20

所以View的职责就只跟界面相关，获取事件，如何处理全权交给Controller。

接着来看Controller。

1class BalanceController
 2
 3public:
 4    BalanceController();
 5
 6    void TopUp(int value);
 7    void BalanceIncrease();
 8    void BalanceDecrease();
 9
10    // Model处理成功后的回调函数
11    void OnSuccess();
12
13private:
14    std::shared_ptr<BalanceModelInterface> pModel;
15    std::unique_ptr<BalanceView> pView;
16;

Controller作为桥梁，只有它知道View和Model的存在，View和Model互不相知。

因此，Controller需要生成View和Model，Controller和Model之间是Observer的关系，Model作为subject，View作为observer。忘记的可以参考：C++ DP.11 Observer

在ctor中创建View和Model，代码如下：

1BalanceController::BalanceController()
 2
 3    pModel = std::make_shared<BalanceModel>();
 4    pModel->RegisterObservers(this);
 5
 6    // 启动View
 7    pView = std::make_unique<BalanceView>(this);
 8    pView->Create(nullptr, L"BalanceView", UI_WNDSTYLE_FRAME, WS_EX_WINDOWEDGE);
 9    pView->CenterWindow();
10    pView->ShowModal();
11

可以看到，第4行Controller将自己作为observer注册到了Model中，如此一来，当Model处理完成时，就可以通知Controller。注：为了例子的简单，没有使用泛化的observer组件，其实那样将会更加灵活。

此处，Controller创建了View，于是Controller其实可以对应多个View，只要View有相似的行为。比如，同一数据分为柱状图、表格、饼图三个View，行为相同，多个View就可以使用一个Controller。

继续来看由View传来的三个按钮事件的处理，代码如下：

1void BalanceController::TopUp(int value)
 2
 3    pModel->SetBalance(value);
 4
 5
 6void BalanceController::BalanceIncrease()
 7
 8    int value = pModel->GetBalance();
 9    pModel->SetBalance(value + 1);
10
11
12void BalanceController::BalanceDecrease()
13
14    int value = pModel->GetBalance();
15    pModel->SetBalance(value - 1);
16

Controller只是起了逻辑分派的作用，它分析出事件应该使用哪些Model进行处理，调用相应的Model。

最后来看Model。

这里为Model定义了一个接口，

1struct BalanceModelInterface
2
3    virtual int GetBalance() = 0;
4    virtual void SetBalance(int value) = 0;
5    virtual void RegisterObservers(BalanceController* view) = 0;
6    virtual void RemoveObserver(BalanceController* view) = 0;
7;

此处直接定义一个具体Model当然也是可以的，这只是单一性和多样性的差别，当需要多样性时，就抽象出一个接口。这里只是演示一下用法，Controller若是需要多样性，当然也应该定义一个接口，此时不同的具体Controller就是View的不同策略。

来看具体的Model定义：

1class BalanceModel : public BalanceModelInterface
 2
 3public:
 4
 5    int GetBalance() override;
 6
 7    void SetBalance(int value) override;
 8
 9    void RegisterObservers(BalanceController* view) override;
10
11    void RemoveObserver(BalanceController* view) override;
12
13private:
14    void notifyObservers() const;
15
16private:
17    int balance 0 ; // 余额
18    std::vector<BalanceController*> observers;
19;

前面说过，Model属于结构层，包含模块与组件，由于程序很小所以没有体现出来。

实际上这就相当于是一个使用数据库组件的模块，充值时更新数据库中的余额，查询时从数据库返回余额。而模拟的代码则很简单：

1int BalanceModel::GetBalance()
 2
 3    return balance;
 4
 5
 6void BalanceModel::SetBalance(int value)
 7
 8    balance = value;
 9    notifyObservers();
10

只是返回并设置了成员变量，设置完成就相当于事件处理完成，所以需要进行通知。

通知当然既可以直接通知View，也可以通知Controller，再由Controller更新View。这在技术上都可以做到，只是谁作为observer的差别，但后者可以避免View和Model的耦合。

这里采用了后者，代码如下：

1void BalanceModel::RegisterObservers(BalanceController* view)
 2
 3    observers.push_back(view);
 4
 5
 6void BalanceModel::RemoveObserver(BalanceController* view)
 7
 8    auto iter = std::find(observers.begin(), observers.end(), view);
 9    if (iter != observers.end())
10        observers.erase(iter);
11
12
13void BalanceModel::notifyObservers() const
14
15    for (auto& observer : observers)
16        (*observer).OnSuccess();
17

这些代码都是Observer的内容，在此不再赘述。

当处理成功后，Model会回调Controller，也就是调用OnSuccess，

1void BalanceController::OnSuccess()
2
3    int value = pModel->GetBalance();
4    pView->UpdateBalance(value);
5

Controller再更新View的界面显示，将更新后的余额显示到界面上去。

6

MVP

MVP将View的职责划分的更加彻底，再来看看MVC的View处理：

1void BalanceView::OnClickTopUp(TNotifyUI* pObj)
2
3    CEditUI* etTopUpValue = static_cast<CEditUI*>(m_PaintManager.FindControl(L"editTopUpValue"));
4    int value = _ttoi(etTopUpValue->GetText().GetData());
5
6    // 交由Controller负责与Model沟通
7    pController->TopUp(value);
8

这里，View处于一个主动地位，它需要获取数据，再把数据传递给Controller。

也就是说，View需要关心数据，这就附带了部分逻辑。

MVP将View的这部分逻辑去除，使View由主动地位变为被动地位。也就是说，View不再主动传递数据，而是提供数据接口，需要数据之时，由Presenter通过接口获取数据；更新数据之时，由Presenter通过接口设置数据。

因此，MVP为View创建了一个ViewInterface接口，在这个接口当中，只提供输入和输出的逻辑。换言之，View通过实现这个接口，它本身不处理任何数据，只是提供数据输入和输出的接口。

而Presenter也不再直接和View交互，转而与ViewInterface交互。

于是首先来看ViewInterface，代码如下：

1struct BalanceViewInterface
2
3    virtual int GetBalance() = 0;
4    virtual void UpdateBalance(int value) = 0;
5;

GetBalance属于输出接口，用其获取余额数据；UpdateBalance属于输入接口，用其设置余额数据。

View需要实现这个接口，以获取和显示界面上的数据：

1class BalanceView : public WindowImplBase, public BalanceViewInterface
 2
 3public:
 4    BalanceView();
 5
 6    void InitWindow() override;
 7    void Notify(TNotifyUI& msg) override;
 8    LRESULT HandleMessage(UINT uMsg, WPARAM wParam, LPARAM lParam) override;
 9
10    // 公共接口
11    int GetBalance() override;
12    void UpdateBalance(int value) override;
13
14protected:
15    CDuiString GetSkinFile() override;
16    LPCTSTR GetWindowClassName(void) const override;
17
18private:
19    void OnClickTopUp(TNotifyUI* pObj);            // 充值事件
20    void OnClickBalanceIncrease(TNotifyUI* pObj);  // 余额自增事件
21    void OnClickBalanceDecrease(TNotifyUI* pObj);  // 余额自减事件
22
23private:
24    std::unique_ptr<BalancePresenter> pPresenter;
25
26    UIEventHandler m_ClickHandler;  // 点击事件处理
27    CButtonUI* btnTopUp;            // 充值按钮
28    CButtonUI* btnBalanceIncrease;  // 余额自增按钮
29    CButtonUI* btnBalanceDecrease;  // 余额自减按钮
30;

具体接口实现如下：

1int BalanceView::GetBalance()
 2
 3    CEditUI* etTopUpValue = static_cast<CEditUI*>(m_PaintManager.FindControl(L"editTopUpValue"));
 4    return _ttoi(etTopUpValue->GetText().GetData());
 5
 6
 7void BalanceView::UpdateBalance(int value)
 8
 9    CDuiString strValue;
10    strValue.Format(L"%d", value);
11
12    CEditUI* etCurrentBalance = static_cast<CEditUI*>(m_PaintManager.FindControl(L"editCurrentBalance"));
13    etCurrentBalance->SetText(strValue);
14

可以看到，两个接口只是负责提供数据和设置数据。

现在来看另一个不同点，MVP在View当中创建了Presenter，

1BalanceView::BalanceView()
2
3    pPresenter = std::make_unique<BalancePresenter>(this);
4

因此，一个View对应了一个Presenter，这里View处于主导地位，而MVC中则是Controller处于主导地位，多个View可以对应一个Controller。

若是View比较复杂，那么也可以让一个View对应多个Presenter，来让逻辑更加清晰。

接着来看Presenter，先看其定义：

1class BalancePresenter
 2
 3public:
 4    BalancePresenter(BalanceViewInterface* view);
 5
 6    void TopUp();
 7    void BalanceIncrease();
 8    void BalanceDecrease();
 9
10    void OnSuccess();
11
12private:
13    std::shared_ptr<BalanceModelInterface> pModel;
14    BalanceViewInterface* pView;
15;

注意一下，这里不再保存View，而是保存ViewInterface。

此外，TopUp()也不再需要参数，因为View不再主动提供，需要从其提供的接口中主动拿，代码如下：

1void BalancePresenter::TopUp()
2
3    int value = pView->GetBalance();
4    pModel->SetBalance(value);
5

这个地方，Presenter从接口拿到数据，将数据交给Model处理，Model的代码和MVC的一样，此外不再展示。

Model处理完成之后，依旧回调OnSuccess()，Presenter在这里调用View的接口更新界面，代码如下：

1void BalancePresenter::OnSuccess()
2
3    int value = pModel->GetBalance();
4    pView->UpdateBalance(value);
5

7

MVC versus MVP

MVC和MVP的差异其实在上两节已经穿插着谈论了，这里给个图总结一下。

该图贯穿了前面所有章节，大家可以体会一下。

8

总结

本篇信息密度不小，穿插了许多知识点，有广度有深度，大家可以多看两遍。

核心在于三层思维模型，MVC和MVP都是以此为基础进行演绎而写的。

侧重点在于讨论程序的结构，也就是如何组合使用拆解后的组件和模块的问题。

MVC和MVP是解决这个问题的两种具体方式，Model和View分别属于结构层与应用层，Controller和Presenter是如何连接它们的桥梁。

要依据理念来使用工具，而不是由工具来指导理念，否则会徒增许多争执。

大家可以根据具体需求，灵活选择组织策略，必要之时，自己修改也未尝不可。