摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)的面向過(guò)程的軟件設(shè)計(jì)方法已無(wú)法應(yīng)對(duì)市場(chǎng)對(duì)燃料電池測(cè)試系統(tǒng)快速的需求變化，提出將設(shè)計(jì)模式應(yīng)用于燃料電池測(cè)試系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程，重點(diǎn)介紹了抽象工廠模式、命令模式、觀察者模式、外觀模式的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式開(kāi)發(fā)的燃料電池測(cè)試系統(tǒng)軟件具有良好的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了程序模塊間的低耦合和模塊內(nèi)部的高內(nèi)聚，提高了程序的可維護(hù)性和可復(fù)用性，能夠靈活應(yīng)對(duì)功能需求的變化。采用該架構(gòu)開(kāi)發(fā)完成的多款燃料電池測(cè)試軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

關(guān)鍵詞： 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式； 燃料電池； 測(cè)試系統(tǒng)； 軟件開(kāi)發(fā)

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）22?0153?04

Application of design patterns in fuel cell test system

HE Bing?lin

（Guangdong Electronic Technology Research Institute， Guangzhou 510630， China）

Abstract： Because the traditional process?oriented software design methods have been unable to cope with rapidly changing needs of the market for fuel cell test system， the design patterns are proposed to apply to the fuel cell test system software development process. Four important patterns， including abstract factory pattern， command pattern， observer pattern and facade pattern， are described in detail. The experimental results show that the fuel cell test system software developed on the base of object?oriented design pattern has a good architecture， as well as implemented low coupling between modules and high cohesion within the module， and make the software more flexible to the functional requirements. The fuel cell test softwares developed with this architecture run stable and reliable.

Keywords： object?oriented design pattern； fuel cell； test system； software development

燃料電池是一種能夠?qū)?chǔ)存在氫燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，它具有能量轉(zhuǎn)換效率高、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)[1]。燃料電池在世界范圍掀起研究的熱潮，目前國(guó)內(nèi)外不少公司研制出專門(mén)的測(cè)試系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料電池進(jìn)行性能的評(píng)估。燃料電池測(cè)試系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱測(cè)試系統(tǒng)）包括測(cè)試設(shè)備以及配套的測(cè)試軟件，其中測(cè)試軟件平臺(tái)提供用戶與測(cè)試設(shè)備之間操作接口，是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心。鑒于傳統(tǒng)的面向過(guò)程的軟件開(kāi)發(fā)方法存在的問(wèn)題，本文將研究如何將設(shè)計(jì)模式應(yīng)用于燃料電池測(cè)試軟件，設(shè)計(jì)出良好體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，從而不僅使測(cè)試系統(tǒng)很好地應(yīng)對(duì)快速多變的需求，同時(shí)使測(cè)試系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)定性、擴(kuò)展性、維護(hù)性。

1 設(shè)計(jì)模式簡(jiǎn)介

設(shè)計(jì)模式是指經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的，用于解決在特定環(huán)境下、重復(fù)出現(xiàn)的、特定問(wèn)題的解決方案，可以幫助設(shè)計(jì)者更加簡(jiǎn)單地復(fù)用成功的設(shè)計(jì)和體系結(jié)構(gòu)[2]。Erich Gamma等人總結(jié)了23種常見(jiàn)的軟件設(shè)計(jì)模式，從此設(shè)計(jì)模式在軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中得到廣泛的應(yīng)用。軟件設(shè)計(jì)模式是利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)來(lái)解決特定環(huán)境中的問(wèn)題的方法，是針對(duì)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中某個(gè)特定環(huán)境下出現(xiàn)的問(wèn)題的可重用軟件設(shè)計(jì)方案[3]。23種常見(jiàn)的軟件設(shè)計(jì)模式在粒度和抽象層次上各不相同，根據(jù)其目的可分為創(chuàng)建型、結(jié)構(gòu)型、行為型3種。創(chuàng)建型模式抽象了實(shí)例化過(guò)程，使一個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立于創(chuàng)建、組合和表示構(gòu)成它的對(duì)象，包括抽象工廠、單例等模式；結(jié)構(gòu)型模式處理類與對(duì)象的組合，以獲得更大的結(jié)構(gòu)，包括外觀、代理等模式；行為型模式描述類或?qū)ο箝g交互和職責(zé)分配，包括命令、觀察者等模式。在實(shí)際的應(yīng)用中，只有深入理解各個(gè)設(shè)計(jì)模式及其相互間的關(guān)系，才能很好地將設(shè)計(jì)模式應(yīng)用于將要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。

2 設(shè)計(jì)模式應(yīng)用

本文所述的測(cè)試系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，由配氣、加濕、電池溫控、電子負(fù)載、單模檢測(cè)、報(bào)警共6個(gè)模塊組成：各個(gè)模塊在測(cè)試軟件的統(tǒng)一管理調(diào)度下協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的流量、壓力、溫度、濕度等參數(shù)的測(cè)控，以及模擬燃料電池恒流、恒壓、恒功率放電等多種工況；測(cè)試軟件還為燃料電池測(cè)試過(guò)程數(shù)據(jù)提供豐富的表現(xiàn)形式和分析手段，且有完善報(bào)警功能，使用戶全面掌握電池測(cè)試性能[4]。限于篇幅，本文僅以其中4種設(shè)計(jì)模式的應(yīng)用舉例進(jìn)行說(shuō)明，分別是抽象工廠模式、命令模式、觀察者模式、外觀模式。

2.1 抽象工廠模式

抽象工廠模式意圖提供一個(gè)創(chuàng)建一系列相關(guān)或相互依賴對(duì)象的接口，無(wú)需指定它們具體的類[2]。在抽象工廠模式中，工廠類與產(chǎn)品類具有平行的對(duì)等結(jié)構(gòu)，它們之間一一對(duì)應(yīng)。核心的抽象工廠類不負(fù)責(zé)所有產(chǎn)品的創(chuàng)建，僅負(fù)責(zé)給出具體工廠類必須實(shí)現(xiàn)的接口，具體產(chǎn)品的創(chuàng)建由具體工廠類去實(shí)現(xiàn)[5]。endprint

測(cè)試軟件在設(shè)計(jì)中使用到系統(tǒng)參數(shù)（如放電功率、電流、電壓的最大最小值）、工步集合（如恒流、恒壓、恒功率等放電工步）、過(guò)程數(shù)據(jù)（如氣體流量、壓力、溫度）等數(shù)據(jù)模型，因技術(shù)規(guī)格不同，每個(gè)型號(hào)的系統(tǒng)擁有一套數(shù)據(jù)模型，不同型號(hào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型中屬性集合不同，或者屬性取值范圍不同。傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法通常通過(guò)條件選擇（如switch?case）區(qū)分不同型號(hào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，使得數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建不靈活，并且違背了開(kāi)放?封閉原則。如果將系統(tǒng)參數(shù)、工步集合、過(guò)程數(shù)據(jù)看作一系列的產(chǎn)品，而采用抽象工廠模式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品族的創(chuàng)建而無(wú)需關(guān)心構(gòu)建過(guò)程，只關(guān)心什么產(chǎn)品由什么工廠生產(chǎn)即可，那么抽象工廠模式很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

圖1給出基于抽象工廠模式創(chuàng)建10與20兩套不同型號(hào)系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)、工步集合的結(jié)構(gòu)示意圖：抽象產(chǎn)品ISysParam與IWorkStepSet分別為系統(tǒng)參數(shù)、工步集合對(duì)象定義抽象的操作接口；抽象工廠IFctsFactory為創(chuàng)建系統(tǒng)參數(shù)、工步集合對(duì)象定義了抽象的操作接口，通過(guò)該接口可以實(shí)現(xiàn)具體產(chǎn)品；10Factory與20Factory類為具體工廠，其工廠方法CreateSysParam和CreateWorkStepSet分別負(fù)責(zé)具體系統(tǒng)參數(shù)（10SysParam和20SysParam）、工步集合（10WorkStepSet和20WorkStepSet）對(duì)象的創(chuàng)建工作。由于具體工廠返回的是抽象產(chǎn)品的實(shí)例，從而屏蔽了客戶端對(duì)具體產(chǎn)品類訪問(wèn)所造成的差異。當(dāng)創(chuàng)建一套新型號(hào)21系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模型時(shí)，運(yùn)用“反射+配置文件”的技術(shù)【6?7】，不需要修改抽象工廠類和現(xiàn)有的具體工廠類，只需要增加21系統(tǒng)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)模型的具體工廠和具體產(chǎn)品，不但遵守了開(kāi)放?封閉原則，又保持了封裝數(shù)據(jù)模型對(duì)象創(chuàng)建過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 命令模式

命令模式意圖將一個(gè)請(qǐng)求封裝為一個(gè)對(duì)象，從而使你可用不同的請(qǐng)求對(duì)客戶進(jìn)行參數(shù)化；對(duì)請(qǐng)求排隊(duì)或記錄請(qǐng)求日志，以及支持可撤銷(xiāo)的操作[2]。命令模式定義一個(gè)命令接口，用來(lái)約束所有命令對(duì)象的行為，每個(gè)命令實(shí)現(xiàn)對(duì)象是對(duì)客戶端某個(gè)請(qǐng)求的封裝。命令實(shí)現(xiàn)對(duì)象是虛的實(shí)現(xiàn)，它并不知道如何處理命令，但它持有相應(yīng)的接收者對(duì)象來(lái)真正執(zhí)行命令。命令對(duì)象和接收者對(duì)象的關(guān)系不是與生俱來(lái)，由裝配者對(duì)象按需組裝。命令模式還提供一個(gè)調(diào)用者對(duì)象持有命令對(duì)象，命令發(fā)起對(duì)象通過(guò)調(diào)用者對(duì)象來(lái)觸發(fā)命令的執(zhí)行。

圖1 抽象工廠模式結(jié)構(gòu)示意圖

測(cè)試系統(tǒng)的氣體流量、加濕溫度、電池溫度等物理量分別由專門(mén)的控制器實(shí)現(xiàn)控制，測(cè)試軟件在設(shè)計(jì)中需要與這些控制器通信以處理氣體流量設(shè)定、加濕溫度設(shè)定、電池控制溫度設(shè)定等命令的發(fā)送?？刂破鞯倪x型要考慮控制精度、價(jià)格等因素，因此不同型號(hào)的系統(tǒng)可能選用不同廠家的控制器，不同廠家的控制器提供不同的操作指令，并且采用不同的通信協(xié)議。傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法一般針對(duì)具體的控制器定義一個(gè)控制對(duì)象完成所有的處理工作，這樣導(dǎo)致代碼的耦合性太強(qiáng)，不便于程序的擴(kuò)展。當(dāng)更換某個(gè)控制器時(shí)，必須修改原代碼，違背了開(kāi)放?封閉原則。由于命令模式使得發(fā)起命令的對(duì)象和具體實(shí)現(xiàn)命令的對(duì)象完全解耦，因此能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題。圖2給出了基于命令模式實(shí)現(xiàn)氫氣、空氣流量設(shè)定的結(jié)構(gòu)示意圖： MFC為質(zhì)量流量控制器接口，它聲明了設(shè)定流量的方法；H2MFC與AirMFC是MFC的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類，H2MFC（氫氣質(zhì)量流量控制器）與AirMFC（空氣質(zhì)量流量控制器）都是接收者，它們分別知道如何執(zhí)行氫氣與空氣流量設(shè)定操作；CMD聲明了命令執(zhí)行操作的接口；FlowSetCmd是流量設(shè)定命令，它綁定于某個(gè)MFC對(duì)象并調(diào)用其的DoFlowSet操作，以實(shí)現(xiàn)Excute；裝配者對(duì)象Client創(chuàng)建FlowSetCmd對(duì)象，并根據(jù)上下文指定它的接收者為H2MFC或AirMFC；調(diào)用者對(duì)象MFCManager持有FlowSetCmd對(duì)象，當(dāng)命令發(fā)起對(duì)象觸發(fā)它的SetFlow操作提交一個(gè)流量設(shè)定請(qǐng)求，F(xiàn)lowSetCmd對(duì)象調(diào)用它的接收者對(duì)象的DoFlowSet操作完成流量的設(shè)定。

圖2 命令模式結(jié)構(gòu)示意圖

由于發(fā)起命令的對(duì)象和具體的實(shí)現(xiàn)完全解耦：當(dāng)更換某個(gè)質(zhì)量流量控制器，只需實(shí)現(xiàn)新的命令實(shí)現(xiàn)對(duì)象，并在裝配時(shí)設(shè)置到命令對(duì)象中，其他代碼完全不用變化；擴(kuò)展新的命令（FlowClearCmd）也很容易，只需實(shí)現(xiàn)新的命令對(duì)象，然后在裝配時(shí)，把具體的實(shí)現(xiàn)對(duì)象設(shè)置到命令對(duì)象中，然后就可以使用這個(gè)命令對(duì)象，已有的實(shí)現(xiàn)完全不用變化。

2.3 觀察者模式

觀察者模式意圖定義對(duì)象間的一種一對(duì)多的依賴關(guān)系，當(dāng)一個(gè)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，所有依賴于它的對(duì)象都得到通知并被更新[2]。這一模式中的關(guān)鍵對(duì)象是目標(biāo)（Suject）和觀察者（Observer）。一個(gè)目標(biāo)可以有任意數(shù)目依賴于它的觀察者。一旦目標(biāo)的狀態(tài)發(fā)生變化，所有觀察者都得到通知。測(cè)試軟件在設(shè)計(jì)中需要將過(guò)程數(shù)據(jù)以多種方式（如圖形界面、趨勢(shì)曲線、特性曲線、數(shù)據(jù)列表、柱狀圖等）進(jìn)行表示，這涉及到過(guò)程數(shù)據(jù)狀態(tài)與多種數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式的狀態(tài)保持一致問(wèn)題。如果將過(guò)程數(shù)據(jù)看作目標(biāo)對(duì)象，將圖形界面、趨勢(shì)曲線、特性曲線、數(shù)據(jù)列表、柱狀圖等看作觀察者。傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法是當(dāng)目標(biāo)對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，由它直接調(diào)用所有觀察者對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)的更新，這樣導(dǎo)致目標(biāo)對(duì)象與觀察者對(duì)象的關(guān)系過(guò)于耦合，不利于程序的擴(kuò)展。如果使用觀察者模式，目標(biāo)只知道觀察者接口，并不知道具體觀察者類，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)類與具體觀察者類之間的解耦。一個(gè)目標(biāo)并不需要知道它有幾個(gè)觀察者，也不需要知道具體是哪一個(gè)觀察者。圖3為基于觀察者模式實(shí)現(xiàn)過(guò)程數(shù)據(jù)發(fā)布的示意結(jié)構(gòu)圖：觀察者Observer為當(dāng)目標(biāo)發(fā)生改變時(shí)需要獲得通知的對(duì)象定義一個(gè)更新接口；目標(biāo)Subject可以擁有任意多個(gè)觀察者，并提供注冊(cè)、刪除和通知觀察者對(duì)象的接口；圖形界面MainForm和曲線界面CurveForm為具體的觀察者；過(guò)程數(shù)據(jù)分發(fā)者ProcessDataDispatcher為具體目標(biāo)；客戶端通過(guò)Attach接口將MainForm和CurveForm注冊(cè)進(jìn)ProcessDataDispatcher，表示MainForm和CurveForm希望訂閱過(guò)程數(shù)據(jù)；一旦過(guò)程數(shù)據(jù)發(fā)生變化，ProcessDataDispatcher通過(guò)NotifyObservers接口通知所有觀察者；各個(gè)觀察者就可通過(guò)Subject.GetData獲取更新后的過(guò)程數(shù)據(jù)。觀察者模式允許在不改動(dòng)目標(biāo)和其他觀察者的前提下增加觀察者DataListForm、HistogramForm等，從而允許建立動(dòng)態(tài)、可靠和靈活的系統(tǒng)。

圖3 觀察者模式結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 外觀模式

外觀模式意圖為子系統(tǒng)中的一組接口提供一個(gè)一致的界面，F(xiàn)acade模式定義了一個(gè)高層接口，這個(gè)接口使得這一子系統(tǒng)更加容易使用[2]。

為了提高測(cè)試系統(tǒng)軟件的可重用性，通常把它分割成多個(gè)子系統(tǒng)，例如啟動(dòng)工步子系統(tǒng)、查看曲線數(shù)據(jù)子系統(tǒng)、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)子系統(tǒng)等等。各子系統(tǒng)內(nèi)部由更小的模塊組成，如果客戶端直接使用子系統(tǒng)的功能，它通常需要和子系統(tǒng)的多個(gè)模塊交互，任意一個(gè)模塊的變動(dòng)將會(huì)引起客戶端的變動(dòng)。本文通過(guò)為每個(gè)子系統(tǒng)建立一個(gè)外觀來(lái)封裝客戶端與子系統(tǒng)的交互，如圖4所示：StartWorkFacade外觀為工步子系統(tǒng)提供了StartWork和StopWork接口，方便客戶端進(jìn)行啟動(dòng)和停止工步的操作；ViewCurveFacade外觀為曲線數(shù)據(jù)子系統(tǒng)提供DisplayRealtimeData和DisplayHistoryData接口，方便客戶端進(jìn)行查看實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的操作；SetSysParamFacade外觀為系統(tǒng)參數(shù)子系統(tǒng)提供SetParam和ModifyParam接口，方便客戶端進(jìn)行設(shè)置和修改系統(tǒng)參數(shù)的操作。

通過(guò)使用外觀模式：不僅封裝了子系統(tǒng)外部和子系統(tǒng)內(nèi)部多個(gè)模塊的交互過(guò)程，從而簡(jiǎn)化了外部的調(diào)用；而且松散了客戶端與子系統(tǒng)的耦合關(guān)系，讓子系統(tǒng)內(nèi)部模塊能更容易擴(kuò)展和維護(hù)[8]。

圖4 外觀模式結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié) 語(yǔ)

本文雖然僅以抽象工廠模式、命令模式、觀察者模式、外觀模式為例講述設(shè)計(jì)模式在測(cè)試系統(tǒng)軟件中的應(yīng)用。但在測(cè)試系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)各階段還使用到如下設(shè)計(jì)模式：在文件存儲(chǔ)和日志管理中應(yīng)用了單例模式，保證在系統(tǒng)運(yùn)行期間一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例并且該實(shí)例易于外界訪問(wèn)，從而節(jié)約了系統(tǒng)資源；在控制器命令和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)過(guò)程的執(zhí)行步驟應(yīng)用了模板方法，這樣可以將代碼的公共行為提取出來(lái)，達(dá)到復(fù)用的目的。在網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用代理模式，根據(jù)用戶選擇的通信方式（如以太網(wǎng)、RS 485、CAN）委托相應(yīng)的通信驅(qū)動(dòng)程序完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。正是由于在測(cè)試系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程廣泛運(yùn)用了設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)了程序模塊間的低耦合和模塊內(nèi)部的高內(nèi)聚，提高了程序的可維護(hù)性和可復(fù)用性，能夠快速應(yīng)對(duì)客戶需求的變化，成功設(shè)計(jì)出FCTS10、FCTS20、FCTS21等多個(gè)型號(hào)的測(cè)試系統(tǒng)。本文論述的設(shè)計(jì)模式具有一定的通用性，對(duì)于其他測(cè)試系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 詹姆斯·拉米尼，安德魯·迪克斯.燃料電池系統(tǒng)：原里·設(shè)計(jì)·應(yīng)用[M].2版.北京：科技出版社，2005.

[2] GAMMA Erich， HELM Richard， JOHNSON Ralp.設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)[M].李英軍，馬曉星，蔡敏，等譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3] 莊立偉，衛(wèi)建國(guó)，毛留喜.軟件設(shè)計(jì)模式在農(nóng)業(yè)氣象系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2011，22（5）：631?640.

[4] 楊成胡，何炳林，梁柱揚(yáng)，等.質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，21（10）：2627?2629.

[5] 雷金勇，李鵬，于學(xué)軍，等.面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模式在暫態(tài)仿真中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2012，24（3）：35?40.

[6] 陳臣，王斌.研磨設(shè)計(jì)模式[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[7] 程杰.大話設(shè)計(jì)模式[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[8] 秦小波.設(shè)計(jì)模式之禪[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

圖3 觀察者模式結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 外觀模式

外觀模式意圖為子系統(tǒng)中的一組接口提供一個(gè)一致的界面，F(xiàn)acade模式定義了一個(gè)高層接口，這個(gè)接口使得這一子系統(tǒng)更加容易使用[2]。

為了提高測(cè)試系統(tǒng)軟件的可重用性，通常把它分割成多個(gè)子系統(tǒng)，例如啟動(dòng)工步子系統(tǒng)、查看曲線數(shù)據(jù)子系統(tǒng)、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)子系統(tǒng)等等。各子系統(tǒng)內(nèi)部由更小的模塊組成，如果客戶端直接使用子系統(tǒng)的功能，它通常需要和子系統(tǒng)的多個(gè)模塊交互，任意一個(gè)模塊的變動(dòng)將會(huì)引起客戶端的變動(dòng)。本文通過(guò)為每個(gè)子系統(tǒng)建立一個(gè)外觀來(lái)封裝客戶端與子系統(tǒng)的交互，如圖4所示：StartWorkFacade外觀為工步子系統(tǒng)提供了StartWork和StopWork接口，方便客戶端進(jìn)行啟動(dòng)和停止工步的操作；ViewCurveFacade外觀為曲線數(shù)據(jù)子系統(tǒng)提供DisplayRealtimeData和DisplayHistoryData接口，方便客戶端進(jìn)行查看實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的操作；SetSysParamFacade外觀為系統(tǒng)參數(shù)子系統(tǒng)提供SetParam和ModifyParam接口，方便客戶端進(jìn)行設(shè)置和修改系統(tǒng)參數(shù)的操作。

通過(guò)使用外觀模式：不僅封裝了子系統(tǒng)外部和子系統(tǒng)內(nèi)部多個(gè)模塊的交互過(guò)程，從而簡(jiǎn)化了外部的調(diào)用；而且松散了客戶端與子系統(tǒng)的耦合關(guān)系，讓子系統(tǒng)內(nèi)部模塊能更容易擴(kuò)展和維護(hù)[8]。

圖4 外觀模式結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié) 語(yǔ)

本文雖然僅以抽象工廠模式、命令模式、觀察者模式、外觀模式為例講述設(shè)計(jì)模式在測(cè)試系統(tǒng)軟件中的應(yīng)用。但在測(cè)試系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)各階段還使用到如下設(shè)計(jì)模式：在文件存儲(chǔ)和日志管理中應(yīng)用了單例模式，保證在系統(tǒng)運(yùn)行期間一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例并且該實(shí)例易于外界訪問(wèn)，從而節(jié)約了系統(tǒng)資源；在控制器命令和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)過(guò)程的執(zhí)行步驟應(yīng)用了模板方法，這樣可以將代碼的公共行為提取出來(lái)，達(dá)到復(fù)用的目的。在網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用代理模式，根據(jù)用戶選擇的通信方式（如以太網(wǎng)、RS 485、CAN）委托相應(yīng)的通信驅(qū)動(dòng)程序完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。正是由于在測(cè)試系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程廣泛運(yùn)用了設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)了程序模塊間的低耦合和模塊內(nèi)部的高內(nèi)聚，提高了程序的可維護(hù)性和可復(fù)用性，能夠快速應(yīng)對(duì)客戶需求的變化，成功設(shè)計(jì)出FCTS10、FCTS20、FCTS21等多個(gè)型號(hào)的測(cè)試系統(tǒng)。本文論述的設(shè)計(jì)模式具有一定的通用性，對(duì)于其他測(cè)試系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 詹姆斯·拉米尼，安德魯·迪克斯.燃料電池系統(tǒng)：原里·設(shè)計(jì)·應(yīng)用[M].2版.北京：科技出版社，2005.

[2] GAMMA Erich， HELM Richard， JOHNSON Ralp.設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)[M].李英軍，馬曉星，蔡敏，等譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3] 莊立偉，衛(wèi)建國(guó)，毛留喜.軟件設(shè)計(jì)模式在農(nóng)業(yè)氣象系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2011，22（5）：631?640.

[4] 楊成胡，何炳林，梁柱揚(yáng)，等.質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，21（10）：2627?2629.

[5] 雷金勇，李鵬，于學(xué)軍，等.面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模式在暫態(tài)仿真中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2012，24（3）：35?40.

[6] 陳臣，王斌.研磨設(shè)計(jì)模式[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[7] 程杰.大話設(shè)計(jì)模式[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[8] 秦小波.設(shè)計(jì)模式之禪[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

圖3 觀察者模式結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 外觀模式

外觀模式意圖為子系統(tǒng)中的一組接口提供一個(gè)一致的界面，F(xiàn)acade模式定義了一個(gè)高層接口，這個(gè)接口使得這一子系統(tǒng)更加容易使用[2]。

為了提高測(cè)試系統(tǒng)軟件的可重用性，通常把它分割成多個(gè)子系統(tǒng)，例如啟動(dòng)工步子系統(tǒng)、查看曲線數(shù)據(jù)子系統(tǒng)、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)子系統(tǒng)等等。各子系統(tǒng)內(nèi)部由更小的模塊組成，如果客戶端直接使用子系統(tǒng)的功能，它通常需要和子系統(tǒng)的多個(gè)模塊交互，任意一個(gè)模塊的變動(dòng)將會(huì)引起客戶端的變動(dòng)。本文通過(guò)為每個(gè)子系統(tǒng)建立一個(gè)外觀來(lái)封裝客戶端與子系統(tǒng)的交互，如圖4所示：StartWorkFacade外觀為工步子系統(tǒng)提供了StartWork和StopWork接口，方便客戶端進(jìn)行啟動(dòng)和停止工步的操作；ViewCurveFacade外觀為曲線數(shù)據(jù)子系統(tǒng)提供DisplayRealtimeData和DisplayHistoryData接口，方便客戶端進(jìn)行查看實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的操作；SetSysParamFacade外觀為系統(tǒng)參數(shù)子系統(tǒng)提供SetParam和ModifyParam接口，方便客戶端進(jìn)行設(shè)置和修改系統(tǒng)參數(shù)的操作。

通過(guò)使用外觀模式：不僅封裝了子系統(tǒng)外部和子系統(tǒng)內(nèi)部多個(gè)模塊的交互過(guò)程，從而簡(jiǎn)化了外部的調(diào)用；而且松散了客戶端與子系統(tǒng)的耦合關(guān)系，讓子系統(tǒng)內(nèi)部模塊能更容易擴(kuò)展和維護(hù)[8]。

圖4 外觀模式結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié) 語(yǔ)

本文雖然僅以抽象工廠模式、命令模式、觀察者模式、外觀模式為例講述設(shè)計(jì)模式在測(cè)試系統(tǒng)軟件中的應(yīng)用。但在測(cè)試系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)各階段還使用到如下設(shè)計(jì)模式：在文件存儲(chǔ)和日志管理中應(yīng)用了單例模式，保證在系統(tǒng)運(yùn)行期間一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例并且該實(shí)例易于外界訪問(wèn)，從而節(jié)約了系統(tǒng)資源；在控制器命令和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)過(guò)程的執(zhí)行步驟應(yīng)用了模板方法，這樣可以將代碼的公共行為提取出來(lái)，達(dá)到復(fù)用的目的。在網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用代理模式，根據(jù)用戶選擇的通信方式（如以太網(wǎng)、RS 485、CAN）委托相應(yīng)的通信驅(qū)動(dòng)程序完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。正是由于在測(cè)試系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程廣泛運(yùn)用了設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)了程序模塊間的低耦合和模塊內(nèi)部的高內(nèi)聚，提高了程序的可維護(hù)性和可復(fù)用性，能夠快速應(yīng)對(duì)客戶需求的變化，成功設(shè)計(jì)出FCTS10、FCTS20、FCTS21等多個(gè)型號(hào)的測(cè)試系統(tǒng)。本文論述的設(shè)計(jì)模式具有一定的通用性，對(duì)于其他測(cè)試系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 詹姆斯·拉米尼，安德魯·迪克斯.燃料電池系統(tǒng)：原里·設(shè)計(jì)·應(yīng)用[M].2版.北京：科技出版社，2005.

[2] GAMMA Erich， HELM Richard， JOHNSON Ralp.設(shè)計(jì)模式：可復(fù)用面向?qū)ο筌浖幕A(chǔ)[M].李英軍，馬曉星，蔡敏，等譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3] 莊立偉，衛(wèi)建國(guó)，毛留喜.軟件設(shè)計(jì)模式在農(nóng)業(yè)氣象系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2011，22（5）：631?640.

[4] 楊成胡，何炳林，梁柱揚(yáng)，等.質(zhì)子交換膜燃料電池測(cè)試系統(tǒng)的研發(fā)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，21（10）：2627?2629.

[5] 雷金勇，李鵬，于學(xué)軍，等.面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模式在暫態(tài)仿真中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2012，24（3）：35?40.

[6] 陳臣，王斌.研磨設(shè)計(jì)模式[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[7] 程杰.大話設(shè)計(jì)模式[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[8] 秦小波.設(shè)計(jì)模式之禪[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.