Hỏi: design pattern phù hợp thiết kế thư viện đa nền tảng nhưng tái sự dụng code

Trong thư viện AudioPlayer tôi cần dùng đến 2 thư viện viết bằng C thuần là ABC và XYZ để decode file âm thanh. ABC và XYZ đều sẽ gọi xuống thư viện âm thanh của từng hệ điều hành để phát ra loa. Với IOS là AudioToolBox còn Android là Oboe. Khi âm thanh phát, cả AudioToolBox và Oboe đều callback lại để yêu cầu AudioPlayer tiếp tục decode và điền dữ liệu vào biến lưu dữ liệu âm thanh PCM để xuất ra loa.

Tôi muốn tái sử dụng code và tăng tính bảo trì được của thư viện AudioPlayer dùng chung được logic đọc file, decode, callback nhưng tùy thuộc vào từng hệ điều hành iOS hay Android phải tích hợp thư viện AudioToolBox hoặc Oboe ở giai đoạn khởi tạo và callback.

Hãy đề xuất design pattern thực hiện việc này và cho code mẫu mang tính minh họa dễ hiểu bằng C++.

Grok

Để giải quyết yêu cầu của bạn, tôi sẽ đề xuất một design pattern phù hợp và cung cấp mã minh họa bằng C++. Mục tiêu là:

  • Tái sử dụng logic chung (đọc file, decode, xử lý callback) trong AudioPlayer.
  • Tách biệt việc tích hợp AudioToolbox (iOS) và Oboe (Android) để dễ bảo trì và mở rộng.
  • Đảm bảo logic callback từ AudioToolbox/Oboe được xử lý thống nhất.

Design Pattern đề xuất: Strategy Pattern

Tại sao chọn Strategy Pattern?

  • Strategy Pattern cho phép bạn định nghĩa một tập hợp các thuật toán (ở đây là cách khởi tạo và callback của AudioToolbox/Oboe) có thể thay thế lẫn nhau, và tách biệt chúng khỏi lớp chính (AudioPlayer).
  • AudioPlayer sẽ chứa logic chung (đọc file, decode), còn việc khởi tạo và xử lý callback sẽ được giao cho các “strategy” cụ thể tùy theo nền tảng (iOS hoặc Android).
  • Lợi ích:
    • Tái sử dụng code chung.
    • Dễ bảo trì: Thêm nền tảng mới chỉ cần thêm một strategy mới.
    • Tách biệt logic hệ điều hành khỏi logic chính.
classDiagram
    class Context {
        -Strategy* strategy
        +Context(strategy: Strategy*)
        +setStrategy(strategy: Strategy*)
        +executeStrategy()
    }

    class Strategy {
        ::interface::
        +execute()*
    }

    class ConcreteStrategyA {
        +execute()
    }

    class ConcreteStrategyB {
        +execute()
    }

    Context o--> "1" Strategy : uses
    Strategy <|.. ConcreteStrategyA : implements
    Strategy <|.. ConcreteStrategyB : implements

Cấu trúc

  • AudioPlayer: Lớp chính, chứa logic chung và giữ một con trỏ tới giao diện chiến lược (AudioBackend).
  • AudioBackend: Giao diện trừu tượng (interface) định nghĩa các hàm khởi tạo và callback.
  • IOSAudioBackend và AndroidAudioBackend: Các lớp cụ thể triển khai giao diện AudioBackend cho AudioToolbox và Oboe.

Code minh họa bằng C++

1. Giao diện AudioBackend (Strategy Interface)

// AudioBackend.h
#ifndef AUDIO_BACKEND_H
#define AUDIO_BACKEND_H

#include <cstdint>

class AudioPlayer;

// Giao diện trừu tượng cho các backend âm thanh
class AudioBackend {
public:
    virtual ~AudioBackend() = default;
    virtual void initialize() = 0; // Khởi tạo AudioToolbox hoặc Oboe
    virtual void start() = 0;      // Bắt đầu phát
    virtual void stop() = 0;       // Dừng phát
    // Callback từ backend yêu cầu dữ liệu PCM
    virtual void onBufferRequested(AudioPlayer* player, int16_t* buffer, size_t size) = 0;
};

#endif

2. Lớp AudioPlayer (Context)

// AudioPlayer.h
#ifndef AUDIO_PLAYER_H
#define AUDIO_PLAYER_H

#include "AudioBackend.h"
#include <string>

class AudioPlayer {
private:
    AudioBackend* backend;        // Con trỏ tới backend cụ thể (AudioToolbox hoặc Oboe)
    std::string currentFilePath;  // Đường dẫn file âm thanh
    bool isPlaying;

    // Logic decode chung, giả lập gọi ABC/XYZ
    void decodeNextChunk(int16_t* buffer, size_t size) {
        // Giả lập: Gọi ABC hoặc XYZ để decode file thành PCM
        // Thực tế sẽ tích hợp ABC/XYZ tại đây
        for (size_t i = 0; i < size; i++) {
            buffer[i] = static_cast<int16_t>(i % 32768); // Dữ liệu giả
        }
    }

public:
    AudioPlayer(AudioBackend* backend) : backend(backend), isPlaying(false) {}
    ~AudioPlayer() { delete backend; }

    void loadFile(const std::string& filePath) {
        currentFilePath = filePath;
    }

    void play() {
        if (!backend) return;
        backend->initialize();
        backend->start();
        isPlaying = true;
    }

    void stop() {
        if (backend && isPlaying) {
            backend->stop();
            isPlaying = false;
        }
    }

    // Hàm này được backend gọi lại để yêu cầu dữ liệu PCM
    void fillBuffer(int16_t* buffer, size_t size) {
        if (isPlaying) {
            decodeNextChunk(buffer, size); // Logic decode chung
        }
    }
};

#endif

3. Backend cho iOS (AudioToolbox)

// IOSAudioBackend.h
#ifndef IOS_AUDIO_BACKEND_H
#define IOS_AUDIO_BACKEND_H

#include "AudioBackend.h"
#ifdef __APPLE__
#include <AudioToolbox/AudioToolbox.h>

class IOSAudioBackend : public AudioBackend {
private:
    AudioQueueRef audioQueue;
    AudioPlayer* player;

    // Callback từ AudioToolbox
    static void audioQueueCallback(void* inUserData, AudioQueueRef inAQ, AudioQueueBufferRef inBuffer) {
        IOSAudioBackend* backend = static_cast<IOSAudioBackend*>(inUserData);
        AudioPlayer* audioPlayer = backend->player;
        int16_t* buffer = (int16_t*)inBuffer->mAudioData;
        size_t size = inBuffer->mAudioDataByteSize / sizeof(int16_t);

        audioPlayer->fillBuffer(buffer, size); // Yêu cầu AudioPlayer điền dữ liệu PCM

        AudioQueueEnqueueBuffer(inAQ, inBuffer, 0, nullptr); // Đưa buffer trở lại queue
    }

public:
    IOSAudioBackend(AudioPlayer* p) : player(p), audioQueue(nullptr) {}

    void initialize() override {
        AudioStreamBasicDescription format = {0};
        format.mSampleRate = 44100;
        format.mFormatID = kAudioFormatLinearPCM;
        format.mChannelsPerFrame = 2;
        format.mBitsPerChannel = 16;
        format.mBytesPerFrame = format.mChannelsPerFrame * sizeof(int16_t);
        format.mFramesPerPacket = 1;
        format.mBytesPerPacket = format.mBytesPerFrame;

        AudioQueueNewOutput(&format, audioQueueCallback, this, nullptr, nullptr, 0, &audioQueue);
    }

    void start() override {
        AudioQueueBufferRef buffer;
        AudioQueueAllocateBuffer(audioQueue, 4096, &buffer);
        buffer->mAudioDataByteSize = 4096;
        audioQueueCallback(this, audioQueue, buffer); // Điền dữ liệu lần đầu
        AudioQueueStart(audioQueue, nullptr);
    }

    void stop() override {
        AudioQueueStop(audioQueue, true);
        AudioQueueDispose(audioQueue, true);
        audioQueue = nullptr;
    }

    void onBufferRequested(AudioPlayer* player, int16_t* buffer, size_t size) override {
        // AudioToolbox dùng callback tĩnh, không cần triển khai lại ở đây
    }
};

#endif
#endif

4. Backend cho Android (Oboe)

// AndroidAudioBackend.h
#ifndef ANDROID_AUDIO_BACKEND_H
#define ANDROID_AUDIO_BACKEND_H

#include "AudioBackend.h"
#ifdef __ANDROID__
#include <oboe/Oboe.h>

class AndroidAudioBackend : public AudioBackend, public oboe::AudioStreamCallback {
private:
    oboe::AudioStream* stream;
    AudioPlayer* player;

public:
    AndroidAudioBackend(AudioPlayer* p) : player(p), stream(nullptr) {}

    void initialize() override {
        oboe::AudioStreamBuilder builder;
        builder.setDirection(oboe::Direction::Output)
               ->setPerformanceMode(oboe::PerformanceMode::LowLatency)
               ->setSampleRate(44100)
               ->setChannelCount(2)
               ->setFormat(oboe::AudioFormat::I16)
               ->setCallback(this);
        builder.openStream(&stream);
    }

    void start() override {
        stream->requestStart();
    }

    void stop() override {
        if (stream) {
            stream->stop();
            stream->close();
            delete stream;
            stream = nullptr;
        }
    }

    // Callback từ Oboe
    oboe::DataCallbackResult onAudioReady(oboe::AudioStream* stream, void* audioData, int32_t numFrames) override {
        int16_t* buffer = static_cast<int16_t*>(audioData);
        size_t size = numFrames * stream->getChannelCount();
        player->fillBuffer(buffer, size); // Yêu cầu AudioPlayer điền dữ liệu PCM
        return oboe::DataCallbackResult::Continue;
    }

    void onBufferRequested(AudioPlayer* player, int16_t* buffer, size_t size) override {
        // Oboe dùng onAudioReady, không cần triển khai lại ở đây
    }
};

#endif
#endif

5. Sử dụng AudioPlayer

// main.cpp
#include "AudioPlayer.h"
#include "IOSAudioBackend.h"
#include "AndroidAudioBackend.h"

AudioPlayer* createAudioPlayer() {
#ifdef __APPLE__
    return new AudioPlayer(new IOSAudioBackend(nullptr));
#elif __ANDROID__
    return new AudioPlayer(new AndroidAudioBackend(nullptr));
#else
    return nullptr; // Không hỗ trợ nền tảng khác
#endif
}

extern "C" {
    AudioPlayer* create_audio_player() {
        return createAudioPlayer();
    }

    void play_audio(AudioPlayer* player, const char* filePath) {
        player->loadFile(filePath);
        player->play();
    }

    void stop_audio(AudioPlayer* player) {
        player->stop();
    }

    void release_audio_player(AudioPlayer* player) {
        delete player;
    }
}

int main() {
    AudioPlayer* player = createAudioPlayer();
    player->loadFile("example.mp3");
    player->play();
    // Giả lập chạy một lúc
    player->stop();
    delete player;
    return 0;
}

Giải thích thiết kế

  1. Tái sử dụng code:

    • Logic chung (đọc file, decode) nằm trong AudioPlayer::decodeNextChunk. Hàm này sẽ gọi ABC/XYZ để chuyển đổi file thành PCM.
    • Callback từ AudioToolbox/Oboe được chuẩn hóa qua fillBuffer.

  2. Tích hợp hệ điều hành:

    • IOSAudioBackend dùng AudioToolbox với AudioQueue và callback tĩnh.
    • AndroidAudioBackend dùng Oboe với AudioStreamCallback.

  3. Bảo trì:

    • Thêm nền tảng mới chỉ cần viết một AudioBackend mới (ví dụ: Windows với WASAPI).
    • Logic ABC/XYZ được tích hợp trong decodeNextChunk, không phụ thuộc backend.

  4. Callback:

    • AudioToolbox gọi audioQueueCallback, còn Oboe gọi onAudioReady. Cả hai đều yêu cầu AudioPlayer điền dữ liệu PCM qua fillBuffer.

Điều chỉnh thực tế

  • ABC/XYZ: Thay decodeNextChunk bằng cách gọi thực tế tới ABC/XYZ.
  • Con trỏ AudioPlayer: Trong backend, cần truyền player đúng cách (hiện tại để nullptr trong mẫu).
  • Xử lý lỗi: Thêm kiểm tra và trả về mã lỗi qua FFI.

2. Yêu cầu

Hãy vẽ class diagram bằng Mermaid minh họa cho code trên của bạn

Grok

Dưới đây là biểu đồ lớp (class diagram) được vẽ bằng cú pháp Mermaid để minh họa thiết kế của code C++ phía trên. Tôi sẽ mô tả các lớp chính và mối quan hệ giữa chúng dựa trên Strategy Pattern đã áp dụng.

Class Diagram trong Mermaid

classDiagram
    class AudioPlayer {
        -AudioBackend* backend
        -string currentFilePath
        -bool isPlaying
        +loadFile(filePath: string)
        +play()
        +stop()
        -decodeNextChunk(buffer: int16_t*, size: size_t)
        +fillBuffer(buffer: int16_t*, size: size_t)
    }

    class AudioBackend {
        <>
        +initialize()*
        +start()*
        +stop()*
        +onBufferRequested(player: AudioPlayer*, buffer: int16_t*, size: size_t)*
    }

    class IOSAudioBackend {
        -AudioQueueRef audioQueue
        -AudioPlayer* player
        +initialize()
        +start()
        +stop()
        +onBufferRequested(player: AudioPlayer*, buffer: int16_t*, size: size_t)
        -audioQueueCallback(inUserData: void*, inAQ: AudioQueueRef, inBuffer: AudioQueueBufferRef)$ static
    }

    class AndroidAudioBackend {
        -AudioStream* stream
        -AudioPlayer* player
        +initialize()
        +start()
        +stop()
        +onBufferRequested(player: AudioPlayer*, buffer: int16_t*, size: size_t)
        +onAudioReady(stream: AudioStream*, audioData: void*, numFrames: int32_t)
    }

    AudioPlayer o--> "1" AudioBackend : uses
    AudioBackend <|.. IOSAudioBackend : implements
    AudioBackend <|.. AndroidAudioBackend : implements
    IOSAudioBackend --> AudioPlayer : callbacks
    AndroidAudioBackend --> AudioPlayer : callbacks

Giải thích Biểu đồ

  1. AudioPlayer:

    • Lớp chính (context) chứa logic chung.
    • Có một tham chiếu (-AudioBackend* backend) tới giao diện AudioBackend.
    • Các phương thức công khai: loadFile(), play(), stop().
    • Phương thức riêng decodeNextChunk() mô phỏng việc gọi ABC/XYZ để decode.
    • Phương thức fillBuffer() được gọi từ backend để điền dữ liệu PCM.

  2. AudioBackend:

    • Giao diện trừu tượng (interface) với các phương thức thuần ảo (*=0).
    • Định nghĩa các hàm cần thiết: initialize(), start(), stop(), và onBufferRequested().

  3. IOSAudioBackend:

    • Triển khai AudioBackend cho iOS với AudioToolbox.
    • Chứa AudioQueueRef và con trỏ ngược về AudioPlayer.
    • Có hàm callback tĩnh audioQueueCallback() để nhận yêu cầu từ AudioToolbox.

  4. AndroidAudioBackend:

    • Triển khai AudioBackend cho Android với Oboe.
    • Chứa AudioStream* và con trỏ ngược về AudioPlayer.
    • Triển khai onAudioReady() từ giao diện Oboe callback.

  5. Quan hệ:

    • AudioPlayer sử dụng (o-->) một AudioBackend (mối quan hệ composition).
    • IOSAudioBackend và AndroidAudioBackend thực hiện (<|--) giao diện AudioBackend.
    • Cả hai backend đều có mối quan hệ callback ngược (-->) tới AudioPlayer thông qua fillBuffer().

Ghi chú

  • Biểu đồ tập trung vào cấu trúc chính, bỏ qua các chi tiết như hàm createAudioPlayer() trong phần sử dụng vì nó thuộc phạm vi FFI.
  • Trong thực tế, bạn có thể thêm các lớp hoặc thuộc tính khác nếu tích hợp ABC/XYZ cụ thể hơn.

Bạn có muốn tôi điều chỉnh hoặc bổ sung gì vào biểu đồ này không? Ví dụ, thêm chi tiết về cách ABC/XYZ tương tác với AudioPlayer?