c++ - 使用Raspberry PI GPIO-我是否需要虚拟/抽象/接口(interface)类？

Question

介绍
我正在使用Raspberry PI GPIO做一些工作。直到现在，我仍然像在C语言中那样编写代码，使用函数将代码段组合在一起。
我的工作已经到了令我满意的地步，但是现在事情开始变得困惑了，所以我想朝着面向对象的方向发展。
问题
这是我面临的问题。
目前，我有一个代表我的“设备”的类。 (我构建的硬件已连接到GPIO端口。)该硬件有2个不同的部分。一个部分是“输入”部分，另一部分是“输出”部分。
为了帮助您更好地理解这一点，“输入”部分是一个ADC。 (模数转换器。)这是一种将模拟信号转换为10位二进制表示形式的设备。 (以防您不熟悉电子产品。)
“输出”部分只是一个晶体管，用于开关一组LED。
我想有一个代表ADC板的类和代表LED板的类，因为它们是两个概念上不同的设备，因为它们没有以任何方式“链接”。
这会引起问题，因为在设置其模式之前，必须将GPIO引脚设置为某些值。值表示“高”或“低”，1或0。模式表示“输入”或“输出”。这听起来很奇怪，但是从根本上讲，如果在加电之前未将控制线设置为正确的LOGIC HIGH和LOGIC LOW值，则ADC将变得不同步。 (这是一个非常奇怪的设备，即使已连接到电源，它也不会通电，直到它被告知为止。(VCC或VDD 5.0V)其中一条控制线发送信号来为该设备加电。
为了执行上述操作，请考虑GPIO引脚最初处于INPUT模式。为了“使ADC正常工作”，我们首先设置数据值(HIGH/LOW)，然后再将这些数据值更改为OUTPUT模式。这样，当模式从INPUT更改为OUTPUT时，将显示正确值的数据，而不会破坏ADC。
我最初的想法是为ADC建立一个构造函数，该构造函数首先设置输出数据的值，然后将require引脚从INPUT模式更改为OUTPUT模式。但这迫使我们在LED板类之前构造ADC板类。
这可以通过两个构造函数执行相同的代码来设置输出模式来解决，但这似乎不是一个好主意，因为我们两次调用2位代码-这不是一个非常好的解决方案。
另一个解决方案是拥有一个将输入和输出设备组合在一起的GPIOPort类，但这也不是很优雅，如果要添加第二个相同的LED板，则很难进行修改。 (例如。)
我想我想要什么，但我不确定...
我想我想要的是另一个代表GPIOPort本身的类。 (我猜是一种抽象的想法？)然后，我想我也希望“一个类中的一个类”代表ADC板，并且“一个类中的一个类”代表LED板。我不记得这种技术叫什么，但是通常“外部类”就像一个 shell ，带有指向“内部类”类型的对象的指针，以及一个create方法和destroy方法。外部类在create方法中执行类似于pointer = new type;的操作，在destroy方法中执行类似delete pointer的操作。这允许在需要时调用构造函数，并在需要时调用类析构函数。
这样做的重点是GPIOPort类构造函数可以处理这些对象的创建顺序，这将隐藏main()中的所有内容。在main内部，程序员只需要执行GPIOPort myGPIOPort;之类的操作即可处理所需的一切，因此您不必在main()中包含20行代码来设置输出引脚的数据，这是唯一的其他解决方案。 (以上我没有提到。)
问题
所以我的第一个问题是这种技术被称为什么？我以为它被称为包装器类，但是我的理解是包装器类用于将诸如double和int之类的基本类型用作对象。 (并添加clear()或reset()之类的方法或类似的方法。)这是我实际上要执行的操作，还是有更好的方法？ (我想这归结为“如何解决我的问题”。)
我的第二个问题是，据我所记得，我必须将某些方法(析构函数？)虚拟化，但是我不记得为什么。 (或者也许我不知道，我只是感到困惑。)
我的第三个问题是，有什么例子可以用来帮助我自己理解它，或者可以去哪里增进我的理解。 (资源。)
谢谢，显然这是一个很长的问题。我试图提供尽可能多的信息以帮助解释这种情况。如果您想澄清一下，那么我会尽力改善我所说的话。
编辑:有关设备的更多信息
在将其模式从输入更改为输出之前，必须将数据发送到GPIO引脚。
GPIO引脚看起来像全零，因为引脚上有下拉电阻，它们仍被设置为输入。更改其模式后，才会显示已发送的数据。
然后将引脚设置为输出模式。 (或者仍然有一些。)现在，已发送的数据出现在引脚上。
如果在发送数据之前将引脚设置为输出模式，则我们不能阻止ADC上电，因为控制ADC上电的数据引脚可能设置为HIGH。可以将其设置为LOW，但是无法告知其状态是不确定的，直到我们将设置模式为输出之前告诉GPIO我们想要什么值。幸运的是，我们可以保证所有引脚都处于输入模式。

Answer 1

一些定义:

设备:附加到GPIO(输入和输出)

的整个设备

LEDBoard:设备

的输出部分

ADCBoard:设备

的输入部分

我强烈建议而不是使用单例。有一天，您可能会将第二个设备连接到其他GPIO引脚，这将给您带来麻烦。

如果为LEDBoard和ADCBoard创建单独的类，则必须询问:
“创建LEDBoard/ADCBoard我需要什么？”
好吧...您需要一个设备!

所以我的设计如下:

struct DeviceDescriptor
{
  int portNumber;
  // add additional variables to identify the device
}

class Device
{
  Device(DeviceDescriptor descriptor)
  {
    //Insert your initialization...
    //You can maintain a static vector of already opened Devices to throw an
    //error if an allready opened device is reopened
  }
  ~Device()
  {
    //Deinit device
  }

  // A device should not be copyable
  Device(const& Device) = delete;
  //TODO do the same for copy assignment
  //TODO implement move ctr and move assignment operator

  //TODO add needed mamber variables
}

class LEDBoard
{
  LEDBoard(std::shared_ptr<Device> device) : m_device(device)
  {
    //Do init stuff
  }

  //Your functions

  private:
  std::shared_ptr<Device> m_device;
}

 //ADCBoard is analog to LEDBoard

您可以使用以下类:

int main(void)
{
   auto device = std::make_shared<Device>(DeviceDescriptor());
   LEDBoard led1(device);
   ADCBoard adc1(device);
   //Your stuff...
}

好处:

您可以有多个设备

可以轻松添加更多LEDBoard

通过使用shared_ptr，当最后一个LEDBoard/ADCBoard被销毁时，设备对象将被销毁