Документ обсуждает внедрение зависимостей (DI) и контейнеры инверсии управления (IoC) на примере C++ с использованием библиотеки Hypodermic. Основное внимание уделяется стратегии тестирования, важности слабой связности классов и различным вариантам управления временем жизни объектов через умные указатели. Автор также делится практическими примерами кода, иллюстрирующими применение DI и IoC в разработке программного обеспечения.

1. DI в C++ тонкости и
нюансы
а так же IoC контейнеры на примере
Hypodermic
Щербаков Антон
компания СИГНАТЕК

2. Обо мне:
- решения в области СОРМ и
телекоммуникаций
- 24x7 сервисы с минимум GUI
- непрерывное усиление и развитие
команды

3. О презентации:
- личный опыт использования DI и IoC
- примеры тестов на GMOCK и GTEST
- … и c++ :)

4. Специфика работы
- Много долгоживущих проектов
- Которые нужно дорабатывать
- Дорабатывать быстро и качественно

5. С чего все начиналось...

6. Выводы:
Код должен быть тестируем
Код должен быть тестируем просто
Тестовое окружение должно быть
максимально простым

7. Что же такое DI?
...Кто слышал?

8. Dependency Injection
это design pattern
● Dependency это объект, который
используется (Service)
● Injection - передача зависимости,
зависящему классу (Client-у). При этом
Dependency становится состоянием
класса.

9. Пример с кофеваркой
/* Без внедрения зависимостей */
class CoffeMaker {
public:
CoffeMaker() {
m_heater = new Heater();
m_pump = new Pump();
}
Coffe MakeCoffe() { /* ... */ }
private:
Heater* m_heater;
Pump* m_pump;
};
int main() {
CoffeMaker* coffeMaker = new CoffeMaker();
coffeMaker->MakeCoffe();
}
/* Ручное внедрение зависимостей */
class CoffeMaker {
public:
CoffeMaker( Heater* heater, Pump* pump ) {
m_heater = heater;
m_pump = pump;
}
Coffe MakeCoffe() { /* ... */ }
private:
Heater* m_heater;
Pump* m_pump;
};
int main() {
Heater* heater = new Heater();
Pump* pump = new Pump();
CoffeMaker* coffeMaker = new CoffeMaker( heater,
pump );
coffeMaker->MakeCoffe();
}

10. class Heater : public IHeater {
public:
virtual void Heat() = 0;
};
class Pump : public IPump {
public:
virtual void Drip() = 0;
};
class CoffeMaker {
public:
CoffeMaker( IHeater* heater, IPump* pump ) {
m_heater = heater;
m_pump = pump;
}
Coffe MakeCoffe() { /* ... */ }
private:
IHeater* m_heater;
IPump* m_pump;
};
int main() {
// Пользователь класса определяет что именно
передавать
IHeater* heater = new Heater();
IPump* pump = new Pump();
CoffeMaker* coffeMaker = new CoffeMaker( heater,
pump );
coffeMaker->MakeCoffe();
}

11. Что получаем?
Кого инстанциировать решает пользователь
(MOCK, STUB)
Получаем слабою связность
Класс стал проще тестироваться

12. class Mock_IHeater : public IHeater {
public:
MOCK_METHOD0( Heat, void() );
};
class Mock_IPump : public IPump {
public:
MOCK_METHOD0( Drip, void() );
};
TEST_F( CoffeMakerTest, Should_heat_water ) {
Mock_IHeater heater;
Mock_IPump pump;
CoffeMaker coffeMaker( &heater, &pump );
EXPECT_CALL( pump, Drip() )
.Times( 1 );
EXPECT_CALL( heater, Heat() )
.Times( 1 );
coffeMaker.MakeCoffe();
}

13. Минусы?
Избыточный дизайн (чем как правило нужно)
“Архитектурный” шум в виде интерфейсов
НО тестируемость важнее!

14. Зависимость через указатель
Как контролировать потерю объекта?
А при многопоточности?
Кто отвечает за время жизни зависимости?
Чистые указатели - это уже дурной тон

15. Какие альтернативы?
std/boost:
shared_ptr
unique_ptr
weak_ptr

16. unique_ptr
Только класс клиент владеет и отвечает за
время жизни зависимоости.
Но тестировать не получится поэтому
unique_ptr

17. shared_ptr
Класс клиент так же отвечает за время
жизни
Или ответственность передана полностью
Потокобезопасен
НО есть проблема с циклическими связями

18. weak_ptr
За время жизни класс не отвечает и готов к
тому, что ее могут отнять

19. В качестве способа передачи
зависимости остались:
shared_ptr
weak_ptr

20. Внедряем зависимости:
Конструктор
как правило shared_ptr
Set-тер
как правило weak_ptr

21. class CoffeMaker {
public:
CoffeMaker( std::shared_ptr< IHeater > heater, std::shared_ptr< IPump > pump ) {
m_heater = heater;
m_pump = pump;
}
void SetBell( std::weak_ptr< IBell > bell ) {
m_bell = bell;
}
Coffe MakeCoffe() {
/* ... */
}
private:
std::shared_ptr< IHeater > m_heater; // Класс не может делать кофе без насоса и нагревателя
std::shared_ptr< IPump > m_pump;
std::weak_ptr< IBell > m_bell; // Класс может делать кофе и без колокольчика
};
Внедряем зависимости с weak_ptr

22. При DI лучше обходиться без
weak_ptr
Циклические связи - плохой “запах” в
архитектуре и дизайне

23. class CoffeMaker {
public:
CoffeMaker( std::shared_ptr< IHeater > heater, std::shared_ptr< IPump > pump ) {
m_heater = heater;
m_pump = pump;
}
/* ... */
private:
std::shared_ptr< IHeater > m_heater;
std::shared_ptr< IPump > m_pump;
};
TEST_F( CoffeMakerTest, Should_heat_water ) {
std::shared_ptr< IHeater > heater = std::make_shared< Mock_IHeater >();
std::shared_ptr< IPump > pump = std::make_shared< Mock_IPump >();
CoffeMaker coffeMaker( heater, pump );
EXPECT_CALL( *pump, Drip() )
.Times( 1 );
EXPECT_CALL( *heater, Heat() )
.Times( 1 );
coffeMaker.MakeCoffe();
}

24. Все хорошо… НО
Кто все это будет конструировать?
А внедрять зависимости?
И как это проверять?

25. Пример ручного связывания
{
auto transportLayer = std::make_shared< TcpTransportSystem >();
auto sormController = std::make_shared< SormControllerComponent >( sormType, acceptTimeOut );
auto sormMsgProcessor = std::make_shared< SormMsgProcessor >();
auto sormTransport = std::make_shared< TcpTransport >( transportLayer sormIp, sormPort, sormMessageProcessor );
auto sormComponent = std::make_shared< SormComponent >( sormType, sormController, sormTransport );
auto puTranspoort = std::make_shared< TcpTransport >( puIp, puPort, sormMessageProcessor );
auto puComponent = std::make_shared< PuModule >( puTransport );
auto operationScheduler = std::make_shared< RealTimeOperationScheduler >();
auto ioController = std::make_shared< IoController >( operationScheduler );
auto app = std::make_shared< DelveryService >( sormComponent, puComponent, transportLayer, ioController );
app.Start();
app.Release();
}

26. Composition root и Register Resolve
Release
{
// Register
auto transportLayer = std::make_shared< TcpTransportSystem >();
auto sormController = std::make_shared< SormControllerComponent >( sormType, acceptTimeOut );
auto sormMsgProcessor = std::make_shared< SormMsgProcessor >();
auto sormTransport = std::make_shared< TcpTransport >( transportLayer sormIp, sormPort, sormMessageProcessor );
auto sormComponent = std::make_shared< SormComponent >( sormType, sormController, sormTransport );
auto puTranspoort = std::make_shared< TcpTransport >( puIp, puPort, sormMessageProcessor );
auto puComponent = std::make_shared< PuModule >( puTransport );
auto operationScheduler = std::make_shared< RealTimeOperationScheduler >();
auto ioController = std::make_shared< IoController >( operationScheduler );
// Resolve
auto app = std::make_shared< DelveryService >( sormComponent, puComponent, transportLayer, ioController );
app.Start();
// Release
app.Release();
}

27. IoC контейнеры
Регистрация реализации для интерфейса
Разрешают необходимые зависимости
Выполняют авто связывание

28. Hypodermic
int main()
{
// Register
ContainerBuilder builder;
builder.registerType< Heater >().as< IHeater >();
builder.registerType< Pump >().as< IPump >();
builder.registerType< CoffeMaker >(
CREATE( std::make_shared< CoffeMaker >(
INJECT( IHeater ),
INJECT( IPump ) ) ) );
auto container = builder.build();
// Resolve
auto coffeMaker = container->resolve< CoffeMaker >();
coffeMaker->MakeCoffe();
}

29. Регистрация типа
{
ContainerBuilder builder;
// Регистрация непосредственно имплементации
builder.registerType< Pump >();
auto container = builder.build();
auto pump = container->resolve< Pump >();
ASSERT_TRUE( pump != nullptr );
}

30. Регистрация типа
{
ContainerBuilder builder;
// Регистрация по интерфейсу
builder.registerType< Pump >().as< IPump >();
auto container = builder.build();
auto pump= container->resolve< IPump >();
ASSERT_TRUE( pump != nullptr );
}

31. Регистрация типа
{
ContainerBuilder builder;
// Регистрация по интерфейсу и непосредственно имплементации
builder.registerType< Pump >().as< IPump >().asSelf();
auto container = builder.build();
auto concreetePump = container->resolve< Pump >();
auto abstractPump = container->resolve< IPump >();
ASSERT_TRUE( concreetePump != nullptr );
ASSERT_TRUE( abstractPump != nullptr );
}

32. Регистрация типа
{
ContainerBuilder builder;
// Регистрация экземпляра
auto pump = std::make_shared< Pump >();
builder.registerInstance( pump );
auto container = builder.build();
auto samePump = container->resolve< IPump >();
ASSERT_TRUE( samePump == pump );
}

33. Регистрация типа
{
ContainerBuilder builder;
// SingleInstance
builder.registerType< Pump >().as< IPump >().singleInstance();
auto container = builder.build();
auto pump = container->resolve< IPump >();
auto samePump = container->resolve< IPump >();
ASSERT_TRUE( samePump == pump );
}

34. Регистрация типа
{
ContainerBuilder builder;
// Регистрация одной имплементации по нескольким интерфейсам
builder.registerType< PumpAndHeater >().as< IPump >().as< IHeater >();
auto container = builder.build();
auto pump = container->resolve< IPump >();
auto heater = container->resolve< IHeater>();
// Опустим cast-ы для наглядности
ASSERT_TRUE( heater == pump );
}

35. Именованная регистрация типа
{
ContainerBuilder builder;
auto pump1 = std::make_shared< Pump >();
auto pump2 = std::make_shared< Pump >();
builder.registerInstance( pump1 ).named< IPump >( "pump1" );
builder.registerInstance( pump2 ).named< IPump >( "pump2" );
auto container = builder.build();
ASSERT_TRUE( container->resolveNamed< IPump >( "pump1" ) == pump1 );
ASSERT_TRUE( container->resolveNamed< IPump >( "pump2" ) == pump2 );
}

36. Инжекция зависимостей
{
ContainerBuilder builder;
builder.registerType< Pump >().as< IPump >();
builder.registerType< Heater >().as< IHeater >();
builder.registerType< CoffeMaker >(
CREATE( std::make_shared< CoffeMaker >(
INJECT( IHeater ),
INJECT( IPump ) ) ) ).as< CoffeMaker >();
auto container = builder.build();
auto coffeMaker = container->resolve< CoffeMaker >();
ASSERT_TRUE( coffeMaker != nullptr );
}

37. Инжекция зависимостей
{
ContainerBuilder builder;
builder.registerType< Pump >().named< IPump >( "pump" );
builder.registerType< Heater >().named< IHeater >( "heater" );
builder.registerType< CoffeMaker >(
CREATE( std::make_shared< CoffeMaker >(
INJECT_NAMED( IHeater, "heater" ),
INJECT_NAMED( IPump, "pump" ) ) ) ).as< CoffeMaker >();
auto container = builder.build();
auto coffeMaker = container->resolve< CoffeMaker >();
ASSERT_TRUE( coffeMaker != nullptr );
}

38. Регистрация через автосвязывание
struct ServiceA : IServiceA {
typedef AutowiredConstructor< ServiceA() > AutowiredSignature;
...
};
struct ServiceB : IServiceB {
typedef AutowiredConstructor< ServiceB(IServiceA*) > AutowiredSignature;
ServiceB( std::shared_ptr< IServiceA > serviceA )
: serviceA_( serviceA )
{
}
private:
std::shared_ptr< IServiceA > serviceA_;
};

39. Resolve через автосвязывание
{
ContainerBuilder builder;
builder.autowireType< ServiceA >().as< IServiceA >();
builder.autowireType< ServiceB >().singleInstance();
auto container = c.build();
auto serviceB = container->resolve< ServiceB >();
ASSERT_TRUE( serviceB != nullptr );
}

40. Как решать проблемы связывания?
Кидать исключение если зависимость не
задана
Кидать исключение если зависимость nullptr

41. Статика и динамика в IoC
IoC контейнеры позволяют создать каркас
приложения
IoC контейнеры не нужно передавать в
классы

42. Итоги:
DI в C++ вполне работает
Есть своя специфика в C++ и всегда нужно
держать ее в голове
Подход нужно рассматривать комплексно

43. Другие IoC контейнеры:
boost::di - header only!
walaroo

44. Как можно облегчить себе жизнь?
Для GMOCK есть python скрипт для
генерации кода моков

45. TypemockIsolator++
TEST( CoffeMakerTest, Should_heat_and_drip_water )
{
auto mockPump = FAKE< IPump >();
auto mockHeater = FAKE< IHeater >();
// Код теста...
}
TEST_F( IsolatorPPTests, IsExpired_YearIs2018_ReturnTrue )
{
Product product;
// Подготавливаем время для теста
SYSTEMTIME fakeTime;
fakeTime.wYear = 2018;
// Подделываем вызов системной функции
FAKE_GLOBAL( GetSystemTime );
WHEN_CALLED( GetSystemTime( RET( &fakeTime ) ) ).Ignore();
ASSERT_TRUE(product.IsExpired());
}

46. TypemockIsolator++
Для legacy кода.
Только Windows :(

47. А теперь вопросы
?