3. 依赖注入容器实现：基于工厂模式的DI容器核心代码

3.1 原理概述

依赖注入（DI）容器是蓝牙扫描连接服务分离注入模块的运行时中枢。基于工厂模式的DI容器通过统一注册表管理所有服务的实例化策略，将对象创建逻辑与业务逻辑完全解耦。容器在初始化阶段预注册服务类型与工厂函数，运行期按需惰性实例化，并支持单例、原型、线程局部等多种生命周期。

3.2 实现流程

1. 定义服务类型枚举与抽象接口：使用枚举值区分蓝牙扫描、连接、配置等不同服务，并为每种服务定义纯虚接口。
2. 设计工厂函数签名：工厂函数返回基类指针，接受可选的构造参数包（例如设备地址、回调句柄）。
3. 构建注册表：容器初始化时调用 Register<T>(ServiceType, FactoryFunc) 将工厂存入 std::unordered_map<ServiceType, FactoryFunc>。
4. 实现 Resolve 方法：根据传入的 ServiceType 查找工厂，若找到则调用，同时检查生命周期策略：单例模式从缓存获取，原型模式直接返回新实例。
5. 支持生命周期策略装饰：在工厂外层包裹 SingletonDecorator 或 ThreadLocalDecorator，对工厂进行增强。
6. 对外暴露统一 API：容器仅提供 Register 和 Resolve 两个公有方法，调用方无需知道内部工厂结构。

3.3 核心代码实现

以下代码展示一个轻量级 DI 容器的核心骨架，适用于嵌入式蓝牙服务模块。代码使用 C++11 标准，已移除平台特定依赖。

// DIContainer.h
#pragma once
#include <memory>
#include <unordered_map>
#include <functional>
#include <typeindex>
#include <mutex>

enum class ServiceType {
    kBleScanner,
    kBleConnector,
    kBleConfigManager,
    kBleSecurity
};

class DIContainer {
public:
    // 注册服务：绑定服务类型与工厂函数
    template <typename T>
    void Register(ServiceType type, std::function<std::shared_ptr<T>(void)> factory,
                  bool singleton = false) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        // 内部用 void* 擦除类型
        factories_[type] = [factory, singleton, this]() -> void* {
            if (singleton) {
                static std::shared_ptr<void> instance;
                if (!instance) {
                    instance = std::shared_ptr<void>(factory().get(),
                                                      [](void*){}); // 简单计数管理
                }
                return instance.get();
            } else {
                return factory().get();
            }
        };
    }

    // 解析服务：返回指定类型的 shared_ptr
    template <typename T>
    std::shared_ptr<T> Resolve(ServiceType type) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mutex_);
        auto it = factories_.find(type);
        if (it == factories_.end()) {
            return nullptr;
        }
        void* raw = it->second();
        // 使用 shared_ptr 的 aliasing 构造函数安全包装
        return std::shared_ptr<T>(std::shared_ptr<T>(), static_cast<T*>(raw));
    }

private:
    std::unordered_map<ServiceType, std::function<void*(void)>> factories_;
    std::mutex mutex_;
};

3.4 注册与使用示例

假设已实现 BleScannerService 和 BleConnectorService，容器初始化代码：

#include "DIContainer.h"
#include "services/BleScannerService.h"
#include "services/BleConnectorService.h"

void InitContainer(DIContainer& container) {
    // 注册蓝牙扫描服务（原型模式）
    container.Register<BleScannerService>(
        ServiceType::kBleScanner,
        []() { return std::make_shared<BleScannerService>("SCAN_PARAMS"); },
        false   // 非单例
    );

    // 注册蓝牙连接服务（单例模式）
    container.Register<BleConnectorService>(
        ServiceType::kBleConnector,
        []() { return std::make_shared<BleConnectorService>(); },
        true    // 单例
    );
}

// 业务模块中通过容器获取服务
void UseServices(DIContainer& container) {
    auto scanner = container.Resolve<BleScannerService>(ServiceType::kBleScanner);
    auto connector = container.Resolve<BleConnectorService>(ServiceType::kBleConnector);
    if (scanner && connector) {
        scanner->StartScan();
        connector->Connect("AA:BB:CC:DD:EE:FF");
    }
}

3.5 调试要点

3.6 常见错误与解决方案

• 错误：Resolve 返回 nullptr —— 最常见原因：工厂未注册或类型枚举值不匹配。检查注册时使用的枚举值是否与解析时一致。
• 错误：单例在不同线程中返回不同实例 —— 静态局部变量的初始化在 C++11 后线程安全，但若在 singleton 分支使用 static 变量需要确认编译器版本。
• 错误：shared_ptr 导致 double delete —— 不要对 factory() 返回的 shared_ptr 调用 .get() 再创建新的 shared_ptr。上面的示例使用了 aliasing 构造函数避免此问题。

3.7 性能与稳定性优化

• 预注册+预解析：在系统启动阶段调用 Resolve 将所有服务实例化一次，后续业务直接使用缓存实例，消除运行时查找开销。
• 移除虚函数表访问：如果服务接口固定，可以使用 CRTP 模式减少虚函数调用，将工厂返回类型转换为具体派生类指针。
• 内存池分配：对于频繁创建/销毁的扫描结果对象，可在工厂内部使用定长内存池，避免堆碎片。
• 容器线程局部缓存：对 ThreadLocal 生命周期模式，为每个线程维护独立的工厂缓存，减少锁竞争。