基于GTK+的組合構件設計

　　圖形用戶(hù)界面是用戶(hù)與儀器的唯一交互方式，也是整個(gè)嵌入式系統一個(gè)尤為重要的方面。GTK＋即是一個(gè)應用于嵌入式圖形界面開(kāi)發(fā)的良好圖形庫。在現行的儀器圖形界面開(kāi)發(fā)中不可避免地會(huì )涉及到自定義組合構件，它也是提高代碼可移植性和茁壯性的一個(gè)重要方面?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/嵌入式">嵌入式儀器圖形界面的需要，筆者在本文中著(zhù)重介紹了自定義組合構件的設計方法。并通介紹任意波形發(fā)生器中波形顯示組合構件來(lái)為讀者提供一個(gè)可參考的實(shí)例。

　　GTK＋概述

　　1 GTK＋簡(jiǎn)介

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

　　2 GTK＋的庫的調用關(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(lái)。它被稱(chēng)為GIMP toolkit是因為原來(lái)是寫(xiě)來(lái)開(kāi)發(fā)GIMP,但現在被許多免費軟體計劃所使用。GTK基本上是物件導向應用軟體程式設計界面(API)。雖然完全用C所寫(xiě)成,他是用classes及callback函數的觀(guān)念所做出來(lái)的。還有另一個(gè)被稱(chēng)為glib的函數庫被用到,該函數庫包涵了一些標準X函數的替代函數及一些額外的處理鏈結表的函數，等等。這些替代函數是用來(lái)增加GTK的可移植性的,因為有些函數需要用到非標準的功能,諸如g_strerror()。有些則包含一些libc版本的加強的功能,諸如g_malloc有加強的除錯功能。

　　GTK+是在Ddk的基礎上創(chuàng )建的，其軟件層次結構如圖1所示。Glib是Linux系統下最常用的輕量級的C語(yǔ)言函數庫，它提供了C常用的數據結構定義、處理函數、宏、可移植的封裝和一些運行機能。Xlib是用來(lái)控制顯示的底層圖形函數庫。Gdk則是對Xlib的封裝。

　　圖1即為GTK+軟件結構層次圖。

　　組合構件的定義及其設計難點(diǎn)分析

　　1 組合構件的定義

圖1 GTK+軟件結構層次圖

　　在GTK+圖形庫中，我們將窗口、按鈕、框架、樹(shù)等圖形界面元素稱(chēng)為構件。構件具有面向對象的特征，其具體結構由GTK+庫所定義，這對使用構件的程序員來(lái)說(shuō)是透明的。GTK+庫提供了一套完善的構件，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 )建自定義構件。

　　組合構件是構件的一種，它將多個(gè)構件組合起來(lái)成為一個(gè)新的構件，它不是單純的將多個(gè)構件組合，也不是單純的從某個(gè)控件繼承下來(lái)的子控件，它有每個(gè)成員構件所沒(méi)有的新功能。它是為了配合設計的需要，將每個(gè)成員構件組合起來(lái)形成一個(gè)具有新功能，新接口，實(shí)現新功能的構件。但是嚴格意義上講它不能稱(chēng)之為全新的構件。

　　2 組合構件的設計難點(diǎn)分析

　　自定義組合構件的設計首先需要對GTK+自定義構件的設計非常熟悉，對GTK+構件的設計風(fēng)格和繼承關(guān)系很了解，并且能掌握對各個(gè)庫的相應關(guān)系。組合構件它不是單純從某個(gè)構件繼承下來(lái)的，只是組合任何想要組合的構件來(lái)實(shí)現某項功能。因此必須考慮該組合構件的父類(lèi)問(wèn)題。

　　組合構件也跟構件庫里面的構件一樣，它也可能要接收信號并做出相應的處理。因此掛接信號也是設計需要考慮的問(wèn)題。

　　作為一個(gè)構件，組合構件也應有自己的風(fēng)格，由于組合構件是多個(gè)構件的組合，每個(gè)構件又有其不同的風(fēng)格，如何確定當前構件的風(fēng)格也是設計的難點(diǎn)。

　　組合構件的設計思想及其實(shí)現

　　1 組合構件的設計思想

　　通俗的講，GTK+的構件庫是基于C語(yǔ)言的，它不具有面向對象的特性，然而GTK+的確又是面向對象的，那是因為它用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現了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)格也延續了面向對象的設計風(fēng)格。在GTK+庫中，直接繼承自GtkObject對象的構件主要是GtkWidget，它幾乎是所有可視構件的共同祖先，大多數構件共有的屬性都包括在其中。與其他GUI開(kāi)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)例結構和類(lèi)結構的方式來(lái)定義對象，然后再通過(guò)類(lèi)型注冊來(lái)實(shí)現對象。當前筆者就根據組合構件的特點(diǎn)，直接從GtkObject繼承。它與GtkWidget是一種并行關(guān)系。和其他構件一樣，它也有相應的宏定義，來(lái)進(jìn)行各種強制轉換和類(lèi)型獲取。

　　任何一個(gè)構件都有其創(chuàng )建對象函數，組合構件也是一樣，在對象中定義各個(gè)成員構件，在創(chuàng )建對象時(shí)將其一一創(chuàng )建，并根據需要對其各個(gè)構件來(lái)進(jìn)行屬性設定，最后返回的是組合構件對象本身。關(guān)于信號的設定也是和其他構件的方法一樣，在類(lèi)的結構體中定義信號，并在類(lèi)的初始化中對信號進(jìn)行定義。

　　組合構件的接口設計應可以根據當前總體設計的需要，而不是像一般構件一樣完全的獨立出來(lái)，它具有自己的特色，并不需要刻意遵守一般構件的要求。這也是組合構件的靈活性所在。

　　GTK+允許用戶(hù)通過(guò)rc文件來(lái)定制應用程序的主題風(fēng)格，即設置構件顏色、字號大小，并為構件添加背景圖標等。而對于組合構件而言，由于其為多個(gè)構件的組合，每個(gè)構件都有其相應的風(fēng)格設計，因此嚴格的講它本身是不具有風(fēng)格設計的，所謂組合構件的風(fēng)格設計，就是對各個(gè)構件進(jìn)行風(fēng)格設計，并將其風(fēng)格設定封裝在一個(gè)函數里，對外只提供一個(gè)接口。對于組合構件，如果不進(jìn)行風(fēng)格設計，它將沿用整個(gè)圖形界面的風(fēng)格設計。

　　2自定義組合構件在任意波形發(fā)生器圖形界面中的實(shí)現

　　筆者參與開(kāi)發(fā)的任意波形發(fā)生器以linux作為操作系統平臺，以320×240的彩色液晶為顯示器，以精簡(jiǎn)版的X Windows作為圖形用戶(hù)界面系統，以GTK+庫為圖形編程庫。下面就是筆者設計的任意波形發(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值顯示。筆者利用組合構件的設計思想來(lái)設計該圖形界面的波形顯示部分，通常情況下組合構件的設計是要符合當前總體設計的某項要求，因此組合構件有可能只是為了實(shí)現某項實(shí)際的功能而具體設計的一個(gè)構件。在任意波形發(fā)生器的設計中，筆者將下面的波形顯示部分設計為一個(gè)組合構件，簡(jiǎn)單地稱(chēng)之為awgwavegraph，若將其命名為gtkwavegraph是不合理的，因為它僅僅是為了實(shí)現任意波形發(fā)生器的圖形界面而設計的一種多構件組合，而不是一個(gè)嚴格意義上的全新構件。在設計awgwavegraph時(shí)考慮到構件本身只是對某個(gè)信號進(jìn)行響應，而不需要對信號進(jìn)行獲取，因此該組合構件并沒(méi)有設計獲取信號。所謂的響應，只是需要對坐標進(jìn)行更新，根據此項需求，筆者提供了一個(gè)更新坐標的函數，接口僅僅是組合構件本身。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

　　結束語(yǔ)

　　基于GTK+的組合構件設計，效率高，占用資源少，可增強程序的茁壯性，在嵌入式系統的圖形界面編程領(lǐng)域有著(zhù)良好的發(fā)展前景。目前，此項組合構件已經(jīng)應用到500MPS任意波形發(fā)生器中。它使用方便，穩定性好，為開(kāi)發(fā)人員提供了良好范例。