基于GTK+的組合構(gòu)件設(shè)計

圖形用戶界面是用戶與儀器的唯一交互方式，也是整個嵌入式系統(tǒng)一個尤為重要的方面。GTK＋即是一個應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可參考的實例。

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。特別在嵌入式應用中，由于GTK+庫小，且程序員可以根據(jù)自己需要對其進行裁剪，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是因為原來是寫來開發(fā)GIMP,但現(xiàn)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(shè)計界面(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。還有另一個被稱為glib的函數(shù)庫被用到,該函數(shù)庫包涵了一些標準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,因為有些函數(shù)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(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行機能。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)計難點分析

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蟮奶卣鳎渚唧w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，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，它將多個構(gòu)件組合起來成為一個新的構(gòu)件，它不是單純的將多個構(gòu)件組合，也不是單純的從某個控件繼承下來的子控件，它有每個成員構(gòu)件所沒有的新功能。它是為了配合設(shè)計的需要，將每個成員構(gòu)件組合起來形成一個具有新功能，新接口，實現(xiàn)新功能的構(gòu)件。但是嚴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)計難點分析

自定義組合構(gòu)件的設(shè)計首先需要對GTK+自定義構(gòu)件的設(shè)計非常熟悉，對GTK+構(gòu)件的設(shè)計風格和繼承關(guān)系很了解，并且能掌握對各個庫的相應關(guān)系。組合構(gòu)件它不是單純從某個構(gòu)件繼承下來的，只是組合任何想要組合的構(gòu)件來實現(xiàn)某項功能。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的處理。因此掛接信號也是設(shè)計需要考慮的問題。

作為一個構(gòu)件，組合構(gòu)件也應有自己的風格，由于組合構(gòu)件是多個構(gòu)件的組合，每個構(gòu)件又有其不同的風格，如何確定當前構(gòu)件的風格也是設(shè)計的難點。

組合構(gòu)件的設(shè)計思想及其實現(xiàn)

1 組合構(gòu)件的設(shè)計思想

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蟮奶匦裕欢鳪TK+的確又是面向?qū)ο蟮模鞘且驗樗肅語言來實現(xiàn)了C++編譯器的功能。因此它同樣具有繼承的特性，它的代碼風格也延續(xù)了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計風格。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現(xiàn)對象。當前筆者就根據(jù)組合構(gòu)件的特點，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，它也有相應的宏定義，來進行各種強制轉(zhuǎn)換和類型獲取。

任何一個構(gòu)件都有其創(chuàng)建對象函數(shù)，組合構(gòu)件也是一樣，在對象中定義各個成員構(gòu)件，在創(chuàng)建對象時將其一一創(chuàng)建，并根據(jù)需要對其各個構(gòu)件來進行屬性設(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行定義。
組合構(gòu)件的接口設(shè)計應可以根據(jù)當前總體設(shè)計的需要，而不是像一般構(gòu)件一樣完全的獨立出來，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文件來定制應用程序的主題風格，即設(shè)置構(gòu)件顏色、字號大小，并為構(gòu)件添加背景圖標等。而對于組合構(gòu)件而言，由于其為多個構(gòu)件的組合，每個構(gòu)件都有其相應的風格設(shè)計，因此嚴格的講它本身是不具有風格設(shè)計的，所謂組合構(gòu)件的風格設(shè)計，就是對各個構(gòu)件進行風格設(shè)計，并將其風格設(shè)定封裝在一個函數(shù)里，對外只提供一個接口。對于組合構(gòu)件，如果不進行風格設(shè)計，它將沿用整個圖形界面的風格設(shè)計。

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)計的任意波形發(fā)生器的整個圖形界面，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(gòu)件的設(shè)計思想來設(shè)計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)計是要符合當前總體設(shè)計的某項要求，因此組合構(gòu)件有可能只是為了實現(xiàn)某項實際的功能而具體設(shè)計的一個構(gòu)件。在任意波形發(fā)生器的設(shè)計中，筆者將下面的波形顯示部分設(shè)計為一個組合構(gòu)件，簡單地稱之為awgwavegraph，若將其命名為gtkwavegraph是不合理的，因為它僅僅是為了實現(xiàn)任意波形發(fā)生器的圖形界面而設(shè)計的一種多構(gòu)件組合，而不是一個嚴格意義上的全新構(gòu)件。在設(shè)計awgwavegraph時考慮到構(gòu)件本身只是對某個信號進行響應，而不需要對信號進行獲取，因此該組合構(gòu)件并沒有設(shè)計獲取信號。所謂的響應，只是需要對坐標進行更新，根據(jù)此項需求，筆者提供了一個更新坐標的函數(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，效率高，占用資源少，可增強程序的茁壯性，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，此項組合構(gòu)件已經(jīng)應用到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。