使用C++在Linux上實作事件驅動式之文字介面視窗類別庫
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(2) 圖一: M-V-C 事件傳遞架構解說圖 (如鍵盤)，分成一個個邏輯上獨立的個體。而 每個個體又包裝著一組事先定義好的溝通介 面(事件傳遞的介面)。如此一來，只要各個個 體都確實的實現介面，個體間就可以依照定 義的方法互相溝通(傳遞事件)。接收訊息的一 端可以經由傳遞過來資訊(事件)得知傳送端的 狀態，或執行所要求的功能。只要依照此種 溝通方法，就可以很容易的寫出一個公用的 管理程式(main program model)，統籌規劃系 統的運作。. 表現層(View)管理 Model 在螢幕上的輸 出，就是螢幕上的小視窗。它接受代理物件 (Controller)的事件訊息。如果自己能處理(如 游標等)，就把先行處理掉。如不屬於自己的 管轄範圍，傳給與之鏈結的模組(Model)。 3.. 代理物件層(Controller)管理所有的事件 產 生 器 。 例 如 : 鍵 盤 (keyboard) ， 時 間 中 斷 (timer)，自定的空閒事件產生器(idler)。 它 負責產生事件，並將之傳給視界。系統中所 有的事件都由它開始發出。. 由於是〞驅動式〞，代表個體是處於〞 主動〞的狀態，相對於其他程式的被動。舉 例而言:當管理鍵盤的個體發現有字元輸入 時，會〞啟動〞一個鍵盤事件，傳遞至公用 管理程式，再由其他的預設函式處理之。. 根據上述之 MVC 架構，本論文所建立 之程式架構即如圖一所示，其中 Desktop 也 是一種 View，負責管理其它所有 View(子 View)，主程式模組和它連結。所以，事件傳 遞的規則是: 所有代理物件(Controller)的事件 訊 息 都 先 傳 到 Desktop ， 然 後 再 傳 到 子 View ，子 View 再傳到所鏈結的模組。意思 也就是:代理物件層(Controller)是整個系統架 構的唯一主動部份，而表現層(View)和應用 程式模組(Model)都只是消極的等待接收事件 並做出回應而已。. 1.2. M-V-C 程式架構 MVC 的程式架構是源自於 Smalltalk 語 言的架構，原本的用途就是用來建立使用者 介 面 ， 不 過也 可 以 用來 組成 其 他 用 途的 程 式。MVC 是由三種物件﹝Object﹞組成。 1.. Model 應用程式模組:. 應用程式模組(Model)與表現層(View)鏈 結，負責所有應用程式的行為。 2.. Controller 代理物件層:. 由以上可知，MVC 的架構可以類別清楚 的分割，事件傳遞的介面也可用繼承達到統一 的標準。C++有支援物件導向，且兼顧執行速. View 表現層:. 2.
(3) 圖二: DEMO 程式執行結果 度，因此本論文以 C++設計該類別庫。. 由於桌面要管理所有的 View，所以擁 有許多對 View 的操作。程式設計者需在與桌 面鏈結的主程式(Main program model)中自訂 各種發生的狀況。. 二、系統架構 本論文所欲建構的介面視窗類別庫，將 可產生如前所述之 MVC 系統架構，如圖一 所示，系統中以 Controller 為公用管理程式， 管理所有的事件產生器。其中 run( )函式是整 個系統的引擎，之中呼叫所有事件產生器的 pool( )函式，將新產生的事件放入事件串列 msgQueue，等待傳送。. 至此，MVC 的架構已經完全。以類別 繼承提供各自的介面，減少互相間相依的程 度，增進模組化，系統流程的複雜度降低。 而且使用者只要依照介面來增加新的模組， 可以在幾乎不改變之前程式碼的情況下，讓 系統馬上開始運作。符合軟體 IC 的精神。. 系統中將建有三個事件產生器：Timer 可產生固定時間事件(evTimer)，Idler 在系統 空閒時產生事件(evIdler﹞，Keyboard 在按下 鍵盤時產生事件(evKeyDown)。遵循父類別 ContlItem 所 宣 告 的 介 面 ， 由 pool( ) 和 Controller 溝通。. 程式中所有輸出的部分，由類別 PObject 定出了一組介面。內定有兩個子類 別，Screen 預設實體螢幕，VScreen 預設虛擬 螢幕。如果程式中只使用介面中所宣告的操 作，Screen 和 VScreen 就可互相交換使用(多 型 polymorphism﹞。所以如有需要，可以由 PObject 衍生出新的類別 Printer，將某一個 View 的輸出或整個程式的輸出，直接轉往列 表機印出。或者是將兩個不同的 View 分別送 往不同的終端機顯示，每一個 View 的輸出可 以在程式執行中動態決定。. Model 應用程式模組。以父類別 Model 來提供一組介面，主要供程式設計者繼承， 來實現自己所需的應用程式。以函式 fromView( )和所屬的表現層溝通。 View 表現層是程式對外的窗戶，需和 程式設計者所提供的 Model 鏈結，事件需經 由 View 而傳入 Model。以 fromController( ) 和桌面溝通，事件經由 dispatch( )傳遞至鏈結 的模組。. 整個系統將建立於 ncurses 函式庫的最 低階操作，藉由 ncurses 來當作和 Linux 基本 輸出入的介面。由類別 Terminal 重新包裝出 一 組 較 高 階的 介 面 ，捨 去了 瑣 碎 的 細部 設 定。. 桌面是 View 的子類別，所有的 View 用 viewList 管 理 。 包 含 一 組 虛 擬 螢 幕 VScreen。程式中大部分的輸出是寫入記憶體 中的虛擬螢幕，只有少部分的輸出因為速度 的關係，直接轉往終端機。故桌面就是整個 系統的 View。. 對字元的處理上，將螢幕上的每個像素 (字元)用類別 CharacterUnit 抽象化，每個字 元都紀錄自己的顏色，屬性。. 三、文字介面視窗類別庫 類別庫已全部設計完成，有關類別庫的. 3.
(4) << Class DeskTop >>. 使用方法已於檔案“test_m_v_c.cc”中以事 先設計的 demo 程式表達(如上頁圖二所示)。 有關的初值參數，常數，都放在標頭 檔”type.h”裡。至於 Makefile，預設編譯器是 用 gcc，但可自行修改 Makefile 檔 程式預設安裝於目錄 /usr/local/bin 下， 編譯完後會自動產生函式庫 libwin.a 。. 一種特殊化的 View，負責管理其它所有的 View ， 在 訊 息 傳 遞 中 佔 有 重 要 的 地 位 。 Desktop 的主要不同處，就是它包含了兩個 一樣大小的虛擬螢幕(Virtual Screen)，以減少 重繪時所需的計算量。因為使用虛擬螢幕， 所以結果要用 draw()來對終端機直接輸出。. 3.1. 類別說明. << Class Frame_Style >>. 3.1.1 與 Model 層有關的類別:. Box 的 Member class，在 View 家族中，只要 有邊框的，邊框樣式都由在此決定，可以自 由更改。. << Class Model >> Model 類別，應用程式和系統之間溝通 的 介 面 在 此宣 告 。 主要 是讓 使 用 者 繼承 使 用。. << Class View_Style >> View 的 member， 一些有關於 View 特 殊顏色的參數，都存在裡面。每個 View 都可 有自己的 View_Style，可以自由更改。. 3.1.2 與 View 層有關的類別，以圖三說明:. << Class Port >> Port 是用來儲存 View 裡 面顯示文字的類 別。一個 LineBuffer 是一行，而 Port 裡面有 DoublList 來管理 LineBuffer，所以就可以組 成一篇文章。 3.1.3 有關 Controller 層的類別: << Class ContlItem >> 所有事件產生器(Controller 代理物件所管理) 的父類別。由 Controller 的 pool（）函式輪循 呼叫在此的 pool（）函式，為其對外溝通的 介面。. 圖三: View 家族的階層關係 << Class LView >>. << Class Controller >>. View 家族的最原始類別，只代表一塊有顏色 的矩形。. 代理物件層的管理員。裡面的 run()就是 整 個 系 統 運作 的 核 心， 系統 中 唯 一 的主 動 者。. << Class ShadowView >> 在 Lview 旁邊加上陰影。由於 Linux 的 預設終端機不支援'dim'(亮度減半)屬性，所以 使用並無實際效果。. << Class Idler >>. << Class Box >>. << Class IdlePoint >>. 系統空閒時間事件產生器。供模組申請 使用，系統空閒時就會產生事件。. Box 是 Lview(低階 View) + shadow(陰影) + frame(邊框)。在 M-V-C 的架構下通常不會用 到這個，因為它不能和 Model 鍊結(View 以 後才行)。但在一般的程式中可以有其他用 途 ， 可 以 用它 隨 時 呼叫 出一 個 訊 息 視窗 出 來。. Idler 內部用的類別。 << Class Keyboard >> 系 統 鍵 盤 事件 產 生 器。 當使 用 者 按 下鍵 盤 時，會產生鍵盤事件。由於複雜度太高，所 以程式並沒有支援特殊鍵。. << Class View >>. << Class Timer >>. View 特 別 的 地 方 ， 就 是 開 始 可 以 和 Model 鏈結，其他的父類別都還不可。. 系統時間事件產生器。每到設定的時 間，就會對所申請的模組發出時間事件。. << Class Viewer >>. << Class TimerCounter >> Timer 內部用的類別。. 一個簡易的文字流覽器。. 4.
(5) 作。因而用此類別包裝出高階的介面，讓使 用者能更方便的使用游標。. 3.1.4 有關菜單(Menu)的類別: << Class Control >>. << Class VCursor >>. 跟菜單(Menu)控制鈕(control buttom)有關 類別的父類別，宣告一些共有的虛擬函式， 基本共通的介面。. 虛擬螢幕用的游標。可以設定來限制游 標移動的範圍。雖然是針對虛擬螢幕，但它 的 輸 出 是 直接 轉 往 終端 機（ 為 了 節 省計 算 量）。也就是在虛擬螢幕中，您是看不到游 標的。. << Class Menu >> 菜單類別。 << Class MenuBar >>. << Class Beep >>. 畫面最上方的選單列。事件會經由 MenuBar 傳往菜單 Menu。. 當程式遇狀況需要警告(提醒)使用者(比 如說操作錯誤等等)，往往以鳴叫(beep)或閃 爍(flash)的方式輸出，故設計同時兼具此二功 能的 class 以作終端機控制。. << Class MenuItem >> Menu 裡面的選項，只負責代表資料不負 責螢幕輸出。. << Class CharacterUnit >> 在 Dos 中，要在螢幕上寫上一個有顏色 的字，並不是一件難事。只要再加上一個屬 性字元及可。然而在 Linux 的環境下，因涉 及終端機的控制，屬性是一列字串，須要透 過”ncurses”函式庫來操控，故設計此類別， 以一種新的單位，來代表螢幕上的一個點， 就是 CharacterUnit。而其最底層的輸出函數 就是 putChar()。. << Class MenuList >> 父類別是環狀串列，可說是專門為 Menu 作出的 RingList。包含者類別應當使用模板 (Templete)來實做。 << Class MenuPoint >> 有 關 菜 單 的 類 別 Menu ， MenuBar ， MenuItem，共同的父類別。由於須要用包含 者 類 別 統 一管 理 ， 所以 需要 有 共 同 的父 類 別，然後用多型來指定。. 3.1.6 其他類別: << Class CPoint >>. 3.1.5 有關終端機的類別:. 此類別代表一個點。. << Class Terminal >>. << Class CRect >>. 有關終端機底層細節的類別。終端機在程式 啟動時，需要設定的參數，都放在建構者函 式中，自動設定完成，一般情況下不須再自 行設定。. 此類別代表一個矩型範圍。 << Class CEvent >> 系統傳遞事件時，裝載事件資訊的類 別。. << Class PObject >>. << Class DoubleList >>. 這 是 螢 幕 輸 出 類 別 的 介 面 ， Screen 和 Vscreen 都是符合此一介面的類別。View 家 族都有一個更換螢幕的函式 changeScr()，只 要符合介面的類別，都可以抽換。. 這 是 系 統 所 用 的 包 含 者 類 別 (Container class)，以及環狀(RingList)的變形。 << Class RingList >>. << Class Screen >>. 環狀串列，DoubleList 的子類別，供繼 承用。. 螢幕輸出類別，符合介面 PObject。 有 別 於 虛 擬 螢 幕 (VScreen) ， 直 接 輸 出 到 終 端 機 。 由 於 終端 機 如 果輸 出碰 到 右 下 角的 字 元，螢幕就會捲動，這種情形不是一般情況 所需要的。所以定義了常數'OFFSET'，指定 螢幕底端留空白的行數。. << Class Node >> DoubleList 裡面所用的內部類別，也就是實 際儲存物件指標的節點。我們可以透過 Node 指 向 所 有 CObject 的 子 類 別 ， 這 也 是 DoubleList 為包含者類別的原因。. << Class VScreen >>. << Class CObject >>. 虛擬螢幕類別(virtual screen)。. 這就是 M-V-C 架構下，所有類別的父類別。 其中包含 DEBUG 用的變數。. << Class Cursor >> 游標的定位，需要透過終端機低階的操. 5.
(6) << Class LineBuffer >>. 開子菜單，我們選擇開一個文字留覽器 (Viewer)，如圖五:. 存 著 由 CharacterUnit 所 組 成 的 字 串 ， Screen 中就有包含這成員類別。在填背景時 很常用。Port 中也由它來儲存字串。 << Class String >> 自定的處理字元字串函數，可以考慮參 酌使用。 << Class StatusLine >> 就是畫面底端的狀態列。狀態列預設是 直接對終端機(Screen)輸出，但可以改變。. 圖五: 開一個文字流覽器. << Class Xerror >>. 文字瀏覽器內有游標可以移動，請試試看。 ('h'='left'，'j'='down'，'k'='up'，'l'='right')這次 就多開幾個 View，請注意因為這是 Model 'MyApp' 的視界(View)，而 MyApp 有申請時 間事件產生器。所以每隔一段時間，View 就 會自己更新一次(時間間隔可自由設定)。結束 程式，請按'Ctrl'+'C'或者選擇菜單'Exit'。. 測試例外處理時所用的類別。 3.2.Demo 範例程式說明 “test_m_v_c.cc”是參考的範例程式，編譯 完後會產生可執行檔”demo”，可藉執行此程 式以瞭解本類別庫的執行效果:. 四、結論 本論文針對 Linux 環境缺乏一具 OO 擴 充性的視窗化公用程式庫，提出一組利用 MV-C 三層架構，以事件驅動式方法建立的類 別函式庫，能支援分時多工的菜單、狀態列 等介面設計。整個類別函式庫的功能函式已 全 部 完 成 ， 可 隨 時 提 供 programmer 在 具”ncurses”函式庫和”POSIX 1003.1c”相容標 準的環境下使用。. 圖四: 程式的主畫面 主畫面如圖四所示，要叫出菜單請按下 'Ctrl'+'\'( 這 是 內 定 值 ， 但 是 可 以 改 的 ， 在”type.h”中.)。按下'Ctrl'+'\'後，菜單拉下。 用'h'，'j'，'k'，'l'，來在菜單中切換。(這就是 vi 中所用的左上右下。因為程式現階段還不 支援特殊鍵，所以還不能夠用方向鍵。)，. 經過初步的適用及檢討，發現本函式庫 雖可正常如預期運作無礙，但仍有以下數點 值得後續研究改進。 4.1.效能的改進 首先就是效能的問題。程式在 Xwindow 執行的時候效能不佳。但在純文字模式下執 行則無此現象。經推測其問題應當在於 X Windows 的 終 端 機 模 擬器更 新 比較 慢的 關 係。再來就是螢幕處理方面。程式裡有內建 的虛擬螢幕(雙層)交由 Desktop 管理，其實也 只是簡單的一次更新整個螢幕而已，以後可 以在此方面再加強。. Function 中的 move 請特別注意。當桌 面上有視窗後，選擇”move”，然後就可以用 'h'，'j'，'k'，'l'，移動視窗。用'H'，'J'，'K'， 'L'， 控制視窗大小。結束”move”模式請按 'M'. File 裡面有四個子選項: :+ Open. (Menu Item). :+ New. (sub-menu). :+ Save. (Menu Item). 4.2 .輸入功能方便化的改進 終端機的部份，相關的設定都集合起來 變成公共物件 termianl。輸出部份，變成公共 物件 screen。輸入部份由於較棘手，目前皆 是 以 代 理 物 件 (Controller)keyboard 自 行 解 決 ， 而 且 沒 有 辦 法 支 援 特 殊 鍵 (F1 ， F2 ， Left ， Right…) ， 此 點 直 得 在 下 階 段 重 新 改 良。. :+ Close (Menu Item) Open 和 Save 暫時沒有功用。Close 可 以關上最上一層的視窗， New 是一個子菜 單，可以選擇要開一個視窗或文字流覽器。 移動游標讓”New” Focus， 按下 'Enter'，打. 6.
(7) 4.3 .移植性的改良 本類別庫為達到分時多工的執行，利用 在類別 Timer 的建構者函式，丟出一個執行 緒，專門來設定 Timer 的旗標。然後在 Timer 的解構者函式中把執行緒銷毀。因此技巧用 到執行緒，所以必須在符合 POSIX 1003.1c 以上的平台上執行。這樣降低了可移植性。 因而再重新改良 Timer 的控制(如直接以組語 控制硬體配合)，即可排除此一限制。. 五、參考資料 [1]. 古清德,事件驅動式程式設計, 旗標, 1995. [2]. 洪錦魁, Turbo C 入門與應用徹底剖析 , 松崗, 1993. [3]. Bjarne Stroustrup, The C++ programming Language, The Third Edition, AddisonWesley. 1997 [4]. Erich Gamma , Design Pattern, AddisonWesley. 1995 [5]. Grady Booch, James Rumbaugh, and Ivar Jacobson, Unified Modeling Language UserGuide, TheFirst Edition, AddisonWesley.1999. [6]. Herb Sutter.Exceptional, C++:47 Engineering Puzzles, Programming Problem, Addison-Wesley. [7]. James Rumbaugh, Ivar Jacobson, and Grady Booch.The, Unifed Modeling Language Reference Manual, AddisonWesley, 1999. [8]. jesse Liberty and David B. Horvath. Sams, Teach Yourself C++ for Linux in 21 Days, Sams Publishing. 2000. [9]. Richard Stones & Neil Mathew.Beginning Linux Programming, Wrox Press Ltd. 1999. [10]. Stanley B.Lippman and Josēe Lajoie, C++ Primer, Third Edition, AddisonWesley.1998. 7.
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