基于GTK+的組合構件設計

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的良好圖形庫。在現行的儀器圖形界面開發中不可避免地會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件的設計方法。并通介紹任意波形發生器中波形顯示組合構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GIMP，是一個用于創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的圖形用戶界面接口。GTK+是基于LGPL授權的，因此GTK+在開發開源軟件或商業的非自由軟件領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+開發的圖形用戶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所寫成,他是用classes及callback函數的觀念所做出來的。還有另一個被稱為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、樹等圖形界面元素稱為構件。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說是透明的。GTK+庫提供了一套完善的構件，供程序員創建出豐富的圖形界面。同時，程序員也可方便的創建自定義構件。

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

2 組合構件的設計難點分析

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+構件的設計風格和繼承關系很了解，并且能掌握對各個庫的相應關系。組合構件它不是單純從某個構件繼承下來的，只是組合任何想要組合的構件來實現某項功能。因此必須考慮該組合構件的父類問題。

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題。

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

組合構件的設計思想及其實現

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語言來實現了C++編譯器的功能。因此它同樣具有繼承的特性，它的代碼風格也延續了面向對象的設計風格。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開發工具不同的是，我們不用直接創建GtkObject或GtkWidget對象，而是用定義對象的實例結構和類結構的方式來定義對象，然后再通過類型注冊來實現對象。當前筆者就根據組合構件的特點，直接從GtkObject繼承。它與GtkWidget是一種并行關系。和其他構件一樣，它也有相應的宏定義，來進行各種強制轉換和類型獲取。

任何一個構件都有其創建對象函數，組合構件也是一樣，在對象中定義各個成員構件，在創建對象時將其一一創建，并根據需要對其各個構件來進行屬性設定，最后返回的是組合構件對象本身。關于信號的設定也是和其他構件的方法一樣，在類的結構體中定義信號，并在類的初始化中對信號進行定義。
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，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+允許用戶通過rc文件來定制應用程序的主題風格，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，由于其為多個構件的組合，每個構件都有其相應的風格設計，因此嚴格的講它本身是不具有風格設計的，所謂組合構件的風格設計，就是對各個構件進行風格設計，并將其風格設定封裝在一個函數里，對外只提供一個接口。對于組合構件，如果不進行風格設計，它將沿用整個圖形界面的風格設計。

2自定義組合構件在任意波形發生器圖形界面中的實現

筆者參與開發的任意波形發生器以linux作為操作系統平臺，以320×240的彩色液晶為顯示器，以精簡版的X Windows作為圖形用戶界面系統，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。筆者利用組合構件的設計思想來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現某項實際的功能而具體設計的一個構件。在任意波形發生器的設計中，筆者將下面的波形顯示部分設計為一個組合構件，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任意波形發生器的圖形界面而設計的一種多構件組合，而不是一個嚴格意義上的全新構件。在設計awgwavegraph時考慮到構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，因此該組合構件并沒有設計獲取信號。所謂的響應，只是需要對坐標進行更新，根據此項需求，筆者提供了一個更新坐標的函數，接口僅僅是組合構件本身。圖2即為任意波形發生器圖形界面。

圖2 任意波形發生器圖形界面

結束語

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域有著良好的發展前景。目前，此項組合構件已經應用到500MPS任意波形發生器中。它使用方便，穩定性好，為開發人員提供了良好范例。