基于GTK+的組合構(gòu)件設(shè)計(jì)

基于GTK+的組合構(gòu)件設(shè)計(jì)

圖形用戶界面是用戶與儀器的唯一交互方式，也是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)一個(gè)尤為重要的方面。GTK＋即是一個(gè)應(yīng)用于嵌入式圖形界面開發(fā)的良好圖形庫。在現(xiàn)行的儀器圖形界面開發(fā)中不可避免地會涉及到自定義組合構(gòu)件，它也是提高代碼可移植性和茁壯性的一個(gè)重要方面。基于嵌入式儀器圖形界面的需要，筆者在本文中著重介紹了自定義組合構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法。并通介紹任意波形發(fā)生器中波形顯示組合構(gòu)件來為讀者提供一個(gè)可參考的實(shí)例。

GTK＋概述

1 GTK＋簡介

GTK+(GIMP ToolKit，GIMP工具包)最初用于開發(fā)GIMP，是一個(gè)用于創(chuàng)建圖形用戶接口的圖形庫。在功能上類似微軟的MFC，即為應(yīng)用程序提供一套與平臺無關(guān)的圖形用戶界面接口。GTK+是基于LGPL授權(quán)的，因此GTK+在開發(fā)開源軟件或商業(yè)的非自由軟件領(lǐng)域中都得到越來越廣泛的使用。特別在嵌入式應(yīng)用中，由于GTK+庫小，且程序員可以根據(jù)自己需要對其進(jìn)行裁剪，因此其占用資源少并能快速裝入，所以基于GTK+開發(fā)的圖形用戶界面適合在內(nèi)存受限的嵌入式設(shè)備上運(yùn)行。

2 GTK＋的庫的調(diào)用關(guān)系

GTK＋建立在GDK (GIMP Drawing Kit)的上層,基本上是將Xlib功能包裝起來。它被稱為GIMP toolkit是因?yàn)樵瓉硎菍憗黹_發(fā)GIMP,但現(xiàn)在被許多免費(fèi)軟體計(jì)劃所使用。GTK基本上是物件導(dǎo)向應(yīng)用軟體程式設(shè)計(jì)界面(API)。雖然完全用C所寫成,他是用classes及callback函數(shù)的觀念所做出來的。還有另一個(gè)被稱為glib的函數(shù)庫被用到,該函數(shù)庫包涵了一些標(biāo)準(zhǔn)X函數(shù)的替代函數(shù)及一些額外的處理鏈結(jié)表的函數(shù)，等等。這些替代函數(shù)是用來增加GTK的可移植性的,因?yàn)橛行┖瘮?shù)需要用到非標(biāo)準(zhǔn)的功能,諸如g_strerror()。有些則包含一些libc版本的加強(qiáng)的功能,諸如g_malloc有加強(qiáng)的除錯(cuò)功能。

GTK+是在Ddk的基礎(chǔ)上創(chuàng)建的，其軟件層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。Glib是Linux系統(tǒng)下最常用的輕量級的C語言函數(shù)庫，它提供了C常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義、處理函數(shù)、宏、可移植的封裝和一些運(yùn)行機(jī)能。Xlib是用來控制顯示的底層圖形函數(shù)庫。Gdk則是對Xlib的封裝。

圖1即為GTK+軟件結(jié)構(gòu)層次圖。

組合構(gòu)件的定義及其設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

1 組合構(gòu)件的定義

圖1 GTK+軟件結(jié)構(gòu)層次圖

在GTK+圖形庫中，我們將窗口、按鈕、框架、樹等圖形界面元素稱為構(gòu)件。構(gòu)件具有面向?qū)ο蟮奶卣?，其具體結(jié)構(gòu)由GTK+庫所定義，這對使用構(gòu)件的程序員來說是透明的。GTK+庫提供了一套完善的構(gòu)件，供程序員創(chuàng)建出豐富的圖形界面。同時(shí)，程序員也可方便的創(chuàng)建自定義構(gòu)件。

組合構(gòu)件是構(gòu)件的一種，它將多個(gè)構(gòu)件組合起來成為一個(gè)新的構(gòu)件，它不是單純的將多個(gè)構(gòu)件組合，也不是單純的從某個(gè)控件繼承下來的子控件，它有每個(gè)成員構(gòu)件所沒有的新功能。它是為了配合設(shè)計(jì)的需要，將每個(gè)成員構(gòu)件組合起來形成一個(gè)具有新功能，新接口，實(shí)現(xiàn)新功能的構(gòu)件。但是嚴(yán)格意義上講它不能稱之為全新的構(gòu)件。

2 組合構(gòu)件的設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

自定義組合構(gòu)件的設(shè)計(jì)首先需要對GTK+自定義構(gòu)件的設(shè)計(jì)非常熟悉，對GTK+構(gòu)件的設(shè)計(jì)風(fēng)格和繼承關(guān)系很了解，并且能掌握對各個(gè)庫的相應(yīng)關(guān)系。組合構(gòu)件它不是單純從某個(gè)構(gòu)件繼承下來的，只是組合任何想要組合的構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)功能。因此必須考慮該組合構(gòu)件的父類問題。

組合構(gòu)件也跟構(gòu)件庫里面的構(gòu)件一樣，它也可能要接收信號并做出相應(yīng)的處理。因此掛接信號也是設(shè)計(jì)需要考慮的問題。

作為一個(gè)構(gòu)件，組合構(gòu)件也應(yīng)有自己的風(fēng)格，由于組合構(gòu)件是多個(gè)構(gòu)件的組合，每個(gè)構(gòu)件又有其不同的風(fēng)格，如何確定當(dāng)前構(gòu)件的風(fēng)格也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

組合構(gòu)件的設(shè)計(jì)思想及其實(shí)現(xiàn)

1 組合構(gòu)件的設(shè)計(jì)思想

通俗的講，GTK+的構(gòu)件庫是基于C語言的，它不具有面向?qū)ο蟮奶匦?，然而GTK+的確又是面向?qū)ο蟮模鞘且驗(yàn)樗肅語言來實(shí)現(xiàn)了C++編譯器的功能。因此它同樣具有繼承的特性，它的代碼風(fēng)格也延續(xù)了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)風(fēng)格。在GTK+庫中，直接繼承自GtkObject對象的構(gòu)件主要是GtkWidget，它幾乎是所有可視構(gòu)件的共同祖先，大多數(shù)構(gòu)件共有的屬性都包括在其中。與其他GUI開發(fā)工具不同的是，我們不用直接創(chuàng)建GtkObject或GtkWidget對象，而是用定義對象的實(shí)例結(jié)構(gòu)和類結(jié)構(gòu)的方式來定義對象，然后再通過類型注冊來實(shí)現(xiàn)對象。當(dāng)前筆者就根據(jù)組合構(gòu)件的特點(diǎn)，直接從GtkObject繼承。它與GtkWidget是一種并行關(guān)系。和其他構(gòu)件一樣，它也有相應(yīng)的宏定義，來進(jìn)行各種強(qiáng)制轉(zhuǎn)換和類型獲取。

任何一個(gè)構(gòu)件都有其創(chuàng)建對象函數(shù)，組合構(gòu)件也是一樣，在對象中定義各個(gè)成員構(gòu)件，在創(chuàng)建對象時(shí)將其一一創(chuàng)建，并根據(jù)需要對其各個(gè)構(gòu)件來進(jìn)行屬性設(shè)定，最后返回的是組合構(gòu)件對象本身。關(guān)于信號的設(shè)定也是和其他構(gòu)件的方法一樣，在類的結(jié)構(gòu)體中定義信號，并在類的初始化中對信號進(jìn)行定義。
組合構(gòu)件的接口設(shè)計(jì)應(yīng)可以根據(jù)當(dāng)前總體設(shè)計(jì)的需要，而不是像一般構(gòu)件一樣完全的獨(dú)立出來，它具有自己的特色，并不需要刻意遵守一般構(gòu)件的要求。這也是組合構(gòu)件的靈活性所在。

GTK+允許用戶通過rc文件來定制應(yīng)用程序的主題風(fēng)格，即設(shè)置構(gòu)件顏色、字號大小，并為構(gòu)件添加背景圖標(biāo)等。而對于組合構(gòu)件而言，由于其為多個(gè)構(gòu)件的組合，每個(gè)構(gòu)件都有其相應(yīng)的風(fēng)格設(shè)計(jì)，因此嚴(yán)格的講它本身是不具有風(fēng)格設(shè)計(jì)的，所謂組合構(gòu)件的風(fēng)格設(shè)計(jì)，就是對各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行風(fēng)格設(shè)計(jì)，并將其風(fēng)格設(shè)定封裝在一個(gè)函數(shù)里，對外只提供一個(gè)接口。對于組合構(gòu)件，如果不進(jìn)行風(fēng)格設(shè)計(jì)，它將沿用整個(gè)圖形界面的風(fēng)格設(shè)計(jì)。

2自定義組合構(gòu)件在任意波形發(fā)生器圖形界面中的實(shí)現(xiàn)

筆者參與開發(fā)的任意波形發(fā)生器以linux作為操作系統(tǒng)平臺，以320×240的彩色液晶為顯示器，以精簡版的X Windows作為圖形用戶界面系統(tǒng)，以GTK+庫為圖形編程庫。下面就是筆者設(shè)計(jì)的任意波形發(fā)生器的整個(gè)圖形界面，在圖形界面中可以看到下面有波形顯示和坐標(biāo)值顯示。筆者利用組合構(gòu)件的設(shè)計(jì)思想來設(shè)計(jì)該圖形界面的波形顯示部分，通常情況下組合構(gòu)件的設(shè)計(jì)是要符合當(dāng)前總體設(shè)計(jì)的某項(xiàng)要求，因此組合構(gòu)件有可能只是為了實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)實(shí)際的功能而具體設(shè)計(jì)的一個(gè)構(gòu)件。在任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)中，筆者將下面的波形顯示部分設(shè)計(jì)為一個(gè)組合構(gòu)件，簡單地稱之為awgwavegraph，若將其命名為gtkwavegraph是不合理的，因?yàn)樗鼉H僅是為了實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器的圖形界面而設(shè)計(jì)的一種多構(gòu)件組合，而不是一個(gè)嚴(yán)格意義上的全新構(gòu)件。在設(shè)計(jì)awgwavegraph時(shí)考慮到構(gòu)件本身只是對某個(gè)信號進(jìn)行響應(yīng)，而不需要對信號進(jìn)行獲取，因此該組合構(gòu)件并沒有設(shè)計(jì)獲取信號。所謂的響應(yīng)，只是需要對坐標(biāo)進(jìn)行更新，根據(jù)此項(xiàng)需求，筆者提供了一個(gè)更新坐標(biāo)的函數(shù)，接口僅僅是組合構(gòu)件本身。圖2即為任意波形發(fā)生器圖形界面。

圖2 任意波形發(fā)生器圖形界面

結(jié)束語

基于GTK+的組合構(gòu)件設(shè)計(jì)，效率高，占用資源少，可增強(qiáng)程序的茁壯性，在嵌入式系統(tǒng)的圖形界面編程領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景。目前，此項(xiàng)組合構(gòu)件已經(jīng)應(yīng)用到500MPS任意波形發(fā)生器中。它使用方便，穩(wěn)定性好，為開發(fā)人員提供了良好范例。