suyu_two/app/src/infrastructure/plc_communication_service.h

#pragma once

#include "services/plc_communication_gateway.h"
#include "domain/register_repository.h"

#include <QModbusDevice>
#include <QObject>
#include <QTimer>

#include <cstdint>
#include <memory>
#include <string>
#include <vector>

class PlcRegisterRepository;
class QModbusReply;
class QModbusRtuSerialMaster;
struct PlcCommunicationFailure;

struct PlcPollBlock
{
    RegisterArea area = RegisterArea::M;
    int startAddress = 0;
    int count = 1;
};

// 基于 Qt Modbus RTU 的异步 PLC 通信实现
// 负责连接、轮询、单点写入、故障恢复和首读资格，不阻塞 UI 线程
class PlcCommunicationService final : public QObject, public PlcCommunicationGateway
{
    Q_OBJECT

public:
    // 创建通信服务，并把 PLC 缓存仓库交给它管理
    explicit PlcCommunicationService(
        PlcRegisterRepository &repository,
        QObject *parent = nullptr);
    // 释放 Modbus 主站和未完成的通信资源
    ~PlcCommunicationService() override;

    // 按给定串口参数连接 PLC，并开始异步轮询
    PlcCommunicationResult connectDevice(
        const PlcSerialConfiguration &configuration) override;
    // 停止轮询并断开 PLC
    void disconnectDevice() override;
    // 设置需要周期性读取的 M/D 地址集合
    PlcCommunicationResult setPollAddresses(
        const std::vector<RegisterAddress> &addresses) override;
    PlcCommunicationResult setPollAddresses(
        const std::vector<RegisterAddress> &addresses,
        const std::vector<RegisterWordRange> &multi_word_ranges) override;

    // 返回当前连接状态
    PlcConnectionState state() const override;
    // 判断本次连接是否已经完成所有轮询块的首次读取
    bool initialReadCompleted() const override;
    // 返回最近一次通信错误的类型
    PlcCommunicationError lastErrorType() const override;
    // 返回最近一次通信错误的文字
    const std::string &lastError() const override;
    // 注册状态、首读、缓存更新和错误通知回调
    void setCallbacks(
        std::function<void()> state_changed,
        std::function<void(bool)> initial_read_changed,
        std::function<void()> cache_updated,
        std::function<void()> poll_cycle_completed,
        std::function<void(const std::string &)> error_reported) override;

signals:
    // 连接状态发生变化
    void stateChanged();
    // 首次完整读取资格发生变化
    void initialReadCompletedChanged(bool completed);
    // PLC 缓存收到新的成功读数
    void cacheUpdated();
    // 全部轮询块成功更新一轮
    void pollCycleCompleted();
    // 通信错误的可读提示文字
    void communicationError(const QString &message);

private:
    // 把去重后的地址集合压缩为有限数量的连续读块
    void rebuildPollBlocks();
    // 应用新的轮询集合；有请求在途时由 pending_* 延后应用
    void applyPollAddresses(const std::vector<RegisterAddress> &addresses);
    // 发送下一段异步读取请求
    void pollNextBlock();
    // Faulted 状态下用轻量探测判断通信是否恢复
    void probeRecovery();
    // 处理恢复探测失败，并安排下一次探测
    void handleRecoveryProbeFailure(QModbusDevice::Error error);
    // 探测成功后恢复轮询，但仍需重新完成首读
    void restoreCommunication();
    // 处理读回复并把值写入 PLC 缓存
    void handleReadFinished(QModbusReply *reply, PlcPollBlock block);
    // 发送单点 M/D 写请求；缓存等待后续轮询确认
    RegisterWriteResult sendBitWrite(const RegisterAddress &address, bool value);
    RegisterWriteResult sendWordWrite(
        const RegisterAddress &address, std::int16_t value);
    RegisterWriteResult sendWordsWrite(
        const RegisterAddress &address,
        const std::vector<std::int16_t> &values);
    // 更新“所有轮询块均成功读取”的真机进入资格
    void updateInitialReadCompleted(bool completed, bool force_notification = false);
    // 处理没有主动断开时发生的串口断线
    void handleUnexpectedDisconnect();
    // 把 Qt Modbus 错误转换成项目自己的通信错误
    void handleModbusError(QModbusDevice::Error error);
    // 关闭串口并清理当前连接的请求和状态
    void closeSerialSession();
    // 修改连接状态并通知外部观察者
    void setState(PlcConnectionState state);
    // 保存错误信息、更新状态并通知外部观察者
    void setError(const PlcCommunicationFailure &failure);

    PlcRegisterRepository &repository_; // 用于保存 PLC 最近一次成功读回的 M/D 值
    std::unique_ptr<QModbusRtuSerialMaster> master_; // Qt Modbus RTU 主站对象
    QTimer poll_timer_; // 周期性触发下一轮轮询
    QTimer recovery_timer_; // Faulted 状态下定时发起恢复探测
    PlcSerialConfiguration configuration_; // 当前串口和站号配置
    std::vector<RegisterAddress> poll_addresses_; // 当前生效的轮询地址
    std::vector<RegisterAddress> pending_poll_addresses_; // 请求在途时暂存的新地址
    std::vector<RegisterWordRange> poll_multi_word_ranges_; // 当前轮询集合中的多字范围
    std::vector<RegisterWordRange> pending_poll_multi_word_ranges_; // 请求在途时暂存的多字范围
    std::vector<PlcPollBlock> poll_blocks_; // 根据地址合并出的连续读块
    std::size_t next_poll_block_ = 0; // 下一次要读取的读块下标
    QModbusReply *pending_reply_ = nullptr; // 当前未完成的读请求或恢复探测
    QModbusReply *pending_write_reply_ = nullptr; // 当前未完成的单点写请求
    bool poll_update_pending_ = false; // 是否有等待请求完成后应用的新轮询集合
    bool disconnecting_ = false; // 是否正在执行主动断开
    bool serial_session_opened_ = false; // 本次串口会话是否曾经成功打开
    bool received_valid_response_ = false; // 本次连接是否收到过有效 PLC 回复
    std::uint64_t connection_generation_ = 0; // 连接代次，用于丢弃旧连接的异步回复
    PlcConnectionState state_ = PlcConnectionState::Disconnected; // 当前通信状态
    bool initial_read_completed_ = false; // 是否已完成首读，可作为真机运行门槛
    // 首读阶段每个读块的完成标记，全部为 true 后才允许进入真机
    std::vector<bool> initial_blocks_read_;
    PlcCommunicationError last_error_type_ = PlcCommunicationError::None; // 最近一次错误类型
    std::string last_error_; // 最近一次错误的可读文字
    std::function<void()> state_changed_callback_; // 状态变化时调用
    std::function<void(bool)> initial_read_changed_callback_; // 首读资格变化时调用
    std::function<void()> cache_updated_callback_; // 缓存更新后调用
    std::function<void()> poll_cycle_completed_callback_; // 完整轮询一轮后调用
    std::function<void(const std::string &)> error_reported_callback_; // 发生错误时调用
};