0 引言
在軟件開發(fā)中,組件是一些小的二進制可執(zhí)行程序,它們可以給應用程序、操作系統(tǒng)以及其他組件提供服務。實際應用中主要采用COM技術開發(fā)軟件組件。這是由Microsoft提出的一種組件標準,它定義了組件程序之間進行交互的標準。標準的COM技術主要用于Microsoft Windows平臺,是windows操作系統(tǒng)和各種應用軟件的結構基礎,其突出優(yōu)點是軟件之間直接通過二進制接口進行通訊。
開發(fā)自定義的COM組件就如同開發(fā)動態(tài)的、面向對象的API。多個COM對象可以鏈接起來形成應用程序或組件系統(tǒng)。組件可以在運行時刻,并在不被重新鏈接或編譯應用程序的情況下被卸下或替換掉。
要實現(xiàn)基于COM標準的跨平臺輕量級組件,需要滿足三個條件:
一是源代碼級跨平臺,可以在LINUX和WINDOWS上使用;
二是像容器一樣的管理組件DLL/SO;
三是功能組件化。
在工控系統(tǒng)組態(tài)過程中,通常存在著人際界面軟件開發(fā)周期長,維護困難,升級不便等缺點,為了增強組態(tài)軟件的行業(yè)競爭力,希望從軟件開發(fā)模式上改變當前系統(tǒng)軟件的缺陷,同時為了適應系統(tǒng)軟件跨平臺的需要,根據(jù)COM標準組件技術,并結合QT、以及組態(tài)人機界面軟件自身的特點,可以實現(xiàn)輕量級組件技術。本文所述的輕量級組件技術就是以COM標準為基礎的,并根據(jù)實際的應用環(huán)境做了某些改變。
1 輕量級組件各部分的協(xié)作關系
跨平臺輕量級組件技術可以COM標準為基礎來實現(xiàn),可先定制Com庫,并確定編寫組件的規(guī)范。
輕量級組件技術使用的是分層結構,該結構通常可分為客戶端、Com庫、組件端三個層。圖1所示是其輕量級組件的結構圖。其中,組件端用于提供功能和接口;COM庫負責組件和客戶端的通信,客戶端則通過Com庫創(chuàng)建組件,并調用組件接口。
它們三部分一般通過接口進行通信,其具體過程如圖2所示。
在實際應用中,Com庫一般可由圖3所示兩部分構成。實際上,圖3中的Comku是一個動態(tài)庫,負責提供最核心的功能:ExtensionSystem靜態(tài)庫是對Comku的封裝,為了使用方便,它同時提供了生成插件接口的宏以及CPluginManager類中的接口函數(shù)。下文中如不特別指明,Com庫均表示單一的動態(tài)庫。
整個組態(tài)的人機界面軟件是在QT中實現(xiàn)的,因此組件的核心庫也需要使用QT來實現(xiàn)。QT是一個多平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架。它可以提供給應用程序開發(fā)者建立藝術級的圖形用戶界面所需的所有功能。QT是完全面向對象的、很容易擴展、且可支持源代碼的級跨平臺。直接在QT環(huán)境中實現(xiàn)輕量級組件技術,以達到跨平臺的目的。實際上,組件庫本身并不依賴于QT環(huán)境。
2 Com庫的原理及功能
對于使用了輕量級組件技術的應用程序,Com庫主要用來管理插件DLL、創(chuàng)建和銷毀組件指針,它像容器一樣,可以保存當前應用程序中用到的插件信息和接口信息,并在用戶需要的時候返回正確的插件接口指針。[!--empirenews.page--]
2.1 管理組件的功能
Com庫中可維護兩個鏈表,分別用于存放插件DLL的信息和接口信息。
每次使用Com庫加載的DLL信息都將記錄到插件鏈表中。在為用戶創(chuàng)建接口前,還需要查詢插件鏈表,以判斷該插件是否已經(jīng)被加載,如已加載,便可直接使用,不需要重新加載,這樣可以節(jié)省系統(tǒng)開銷。由于在應用中加載的插件數(shù)目有限,因此,查詢鏈表花費的時間代價可以忽略,圖4所示為存放插件信息的結構。其中CLASS_TABLE結構存放插件DLL的信息。接口鏈表可用來保存成功返回給用戶的插件接口。用戶申請接口時,Com庫先在接口鏈表中查找該接口,如果已經(jīng)存在,則直接返回,這樣可以節(jié)省創(chuàng)建接口的時間,也可以有效地控制接口對象的數(shù)目。
圖5所示是CIMPL結構用于存放插件接口的信息。
釋放這兩個鏈表的過程就是釋放組件資源的過程。在COM標準中,資源管理是通過一個由接口自己負責的資源計數(shù)器完成的。在輕量級組件技術中,根據(jù)應用需要,每個接口只需要一個接口指針,而不需要資源計數(shù)器,釋放資源的任務由Com庫完成。當應用程序關閉時,可將兩個資源鏈表中的接口對象刪除,并將組件DLL/SO卸載。
2.2 創(chuàng)建插件接口指針
Com庫的核心功能就是創(chuàng)建組件接口指針。
創(chuàng)建組件接口指針的函數(shù)為CoCreateInstance,它具有圖6所示的三個參數(shù)。其創(chuàng)建過程如圖7所示。
2.3 ExtensionSystem靜態(tài)庫
ExtensionSystem靜態(tài)庫中已加載了Com庫,并將Com庫的創(chuàng)建接口指針函數(shù)封裝成接口。這樣,客戶端在使用時,就不需要關注Com庫的具體位置,而可以直接調用ExtensionSystem的接口來獲取插件接口指針。[!--empirenews.page--]
2.4 配置文件
配置文件主要用來標識當前程序所需要加載的組件,以及組件的位置。配置文件可分為兩部分:
第一部分用于標識加載的組件和加載順序;第二部分用于標識組件的位置。圖8所示是配置文件的信息示意圖。
DLL/SO組件編寫規(guī)則
輕量級組件技術要求組件DLL/SO應按照約定的格式編寫,只有組件庫加載后,才能為客戶端創(chuàng)建組件接口指針。
一個類似于IUnknown的基接口,通常是所有接口都需要繼承的,其代碼如下:
Release函數(shù)可用來釋放組件接口對象。
每個DU/SO中都需要有一個類實現(xiàn)IPlugin接口,該類稱為組件類,Init函數(shù)在ExtensionSysten中被調用時,可以在其中完成組件的初始化工作,其具體代碼如下:
每個組件DLL/SO都需要導出一個創(chuàng)建接口的函數(shù),形式如下:
4 結束語
QT本身提供有插件機制,但是,加載方式對用戶是不可見的,因此,出現(xiàn)問題后,往往不利于調試。而本文所述的組件編寫方式和加載方式使用約定的形式,這種形式并不局限于QT中,而是在支持標準c++的編譯環(huán)境中都可以使用,因而是一種通用的輕量級組件技術。