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跨平台程序开发技术概览2015.01.25 by Winland摘要：介绍目前常用的跨平台程序开发库，对跨平台程序开发库进行多方面分析，对比其开发语言、授权许可、支持的操作系统、常见程序库功能模块等内容，并举出开发库实际的应用例子，为需要了解跨平台开发的人员提供技术概览。关键词：跨平台开发 POSIX JDK Qt wxWidgets GTK+一、前言随着“棱镜门”等一系列间谍事件的曝光，国内对国产软件、硬件的重视程度与日俱增，国产操作系统的发展和推广也成为国家的核心利益之一。国内近二十年来，众多计算机软件方面教材书籍等都是以微软Windows操作系统为基石，很多是介绍Windows的系统使用、应用软件、开发技术等，而国产操作系统又多以Linux/Unix等开源操作系统为基础研发而来。国内软件开发不得不面临系统兼容性问题，比如按照旧的用户习惯需要支持Windows操作系统，而按照国产化软件发展趋势，又必须支持Linux/Unix系统。如果每个操作系统都单独开发一套代码，那么软件研发成本毫无疑问会剧增。因此采用跨平台的开发库来开发跨平台应用程序，就成了实现多系统兼容性的最优选择。介绍跨平台开发技术，就不得不提POSIX（Portable Operating System Interface，可移植操作系统接口）1，许多跨平台开发库都提到需要操作系统对POSIX标准的支持。POSIX标准定义了操作系统应该为应用程序提供的接口标准，是IEEE为各种UNIX操作系统上运行的软件而定义的一系列API标准的总称，该标准正式称为IEEE 1003，对应国际标准名称为ISO/IEC 9945。目前主流的通用操作系统（包括Linux/Unix、Windows和Mac OS）、智能手机操作系统以及实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）和嵌入式系统，通常都是支持POSIX标准的。POSIX标准的设计理念是希望编写代码一次就可以应用到各种系统，所以这成为了研发操作系统的默认标准，也是跨平台程序开发的基石。本文着重介绍目前常见的跨平台开发库，介绍每个开发库的功能、应用平台、协议授权等内容，为需要了解跨平台开发的人员提供技术概览。本文后面第二部分逐一介绍各个常见的跨平台开发库，然后第三部分对这些开发库做比对，最后进行总结。二、常见跨平台开发方式概览本部分介绍常见的跨平台开发库，由于程序开发库非常多，这里枚举出来的并不全面，只能尽本人所知来介绍。本节主要介绍JDK、Qt、wxWidgets、GTK+、Ecere SDK、.NET/Mono、Dlib等七种跨平台开发库。（一）JDKJDK是Java Development Kit 的缩写2，是Java语言的软件开发工具包，目前Java官方有三种版本：Java SE、Java EE、Java ME。第一种Java SE（Standard Edition），是普通用户常用的版本，第二种Java EE（Enterprise Edition），是面向企业应用的版本，第三种Java ME（Micro Edition）主要用于移动设备、嵌入式设备上应用开发。Java程序编译后生成字节码，字节码是运行在JVM（Java Virtual Machine， Java虚拟机）之上，并不像C/C+编译的程序直接运行在操作系统之上。JVM带来的好处是非常大的，因为只要操作系统安装了适合的JVM（通常由Java Runtime Environment提供，即JRE 3），Java开发的程序就可以运行，因此很适合做跨平台程序开发。Java程序运行在JVM之上也有一定的缺陷，就是不如C/C+语言编译的程序运行速度快、效率高。由于Java具有先天的跨平台开发优势，所以Java应用是非常广的，从通用操作系统、智能手机系统到嵌入式系统等都有应用。除了Oracle官方发布的JDK，开源社区也有相应的开源版本OpenJDK。JDK自带的类库功能丰富，还有专门用于多媒体的Java Media Framework API（JMF），除此之外还有很多基于Java开发的第三方类库，通常都是可以跨平台运行的。（二）QtQt最早是由奇趣公司开发，经过诺基亚收购和转卖，目前由Digia全资子公司Qt Company经营4。Qt采用多种授权许可发布，可以使用开源的GPL/LGPL（GNU General Public License/ GNU Lesser General Public License）发布或者使用Qt商业授权。Qt开源项目5是著名开源桌面环境KDE的基石，Qt的功能模块非常丰富，从图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）到多媒体、文件、多线程/进程、网络、数据库、WebKit、QML、图像、3D图形、打印、ActiveX，甚至蓝牙、串口操作模块等。Qt支持的操作系统包括通用操作系统、智能手机系统、实时操作系统、嵌入式操作系统等，在众多领域都有应用。由于Qt是采用C+开发而成的，所以在各个操作系统编译而成的库运行速度是相当快的，这也是Qt能应用到实时操作系统的原因之一。Qt开发库是完全面向对象的，模块化封装，使用方便，也易于扩展，存在很多基于Qt的第三方扩展库。Qt自带丰富的开发文档和示例代码，可以随时查阅，这为Qt开发带来很大方便。（三）wxWidgetswxWidgets项目6最早由爱丁堡大学Julian Smart开始，是为了将应用程序方便地移植多个操作系统上运行，目前支持Linux、Unix、Windows、Mac OS等操作系统。除了能方便地开发GUI程序，wxWidgets还支持在线帮助、网络编程、文件、剪贴板、多线程、图像、音频视频、数据库、HTML、打印等等。wxWidgets使用自家的wxWindows License发布，这个许可证是基于LGPL的，但多一个例外情况，这个例外情况允许将程序无论是以动态连接还是静态连接方式使用wxWidgets库，这为开发者和用户带来方便，不论是将wxWidgets用于开源项目还是商业项目都是可以的，没什么限制和收费。wxWidgets语法风格很像微软MFC（Microsoft Foundation Classes），所以从MFC转型开发跨平台的wxWidgets程序是比较方便的，图形界面的可视化编辑有wxFormBuilder、wxGlade等工具，集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）有CodeBlocks和CodeLite。wxWidgets有一个非官方扩展库wxCode，含有各种数据库连接模块、PDF处理、绘制图表（Chart/Plot）、视频捕捉等扩展功能7。（四）GTK+GTK+最初是绘图程序GIMP的专用开发库（GIMP Toolkit），后来逐步发展壮大，成为Linux/Unix系统开发图形界面应用程序的主流库之一 8。除了支持各种Linux/Unix系统，现在也有Windows和Mac OS的移植版本，与之相关的还有一个移动设备项目GMAE（GNOME Mobile And Embedded），用于移动和嵌入式设备上图形界面开发。GTK+由多个子模块构成：Glib、GObject、GIO、Pango、ATK、GdkPixbuf、GDK、GTK。各个模块详细功能请参考GTK+项目官方网站8和GNOME开发参考网站9。GTK+官方发布版本包含了GUI设计、文件操作、网络连接、多线程、国际化和本地化、打印等功能，GTK+的图形界面可视化编辑可以通过Glade工具实现，集成开发环境有Anjuta、CodeBlocks等。GTK+是GNOME桌面环境的基础，二者结合比较紧密，对数据库连接的支持可以通过GNOME Data Access（GDA）扩展模块实现，对音频视频等多媒体的支持可以通过GStreamer 库实现，对3D图形的支持可以通过GtkGLExt扩展库实现。（五）Ecere SDKEcere SDK10是独特的编译型语言eC的开发环境，eC是由一位加拿大学者Jrme Jacovella-St-Louis 历经十几年研发而成。eC是C语言的超集，其引入了C+、Java、Python、C#等面向对象特性和语法风格，是C语言的面向对象扩展。eC语言有自己独特的一套生态系统，从eC编译器、集成开发环境、跨平台部署都有相应的工具，可以一次开发，到处部署，eC开发的程序支持在Windows、Linux、Unix、Mac OS以及Android上面运行，而且部署eC程序非常方便，程序依赖的库很少，通常仅仅依赖一个轻量级的运行库。Ecere SDK现由加拿大Ecere公司运营维护11，Ecere SDK是按照新版BSD（Berkeley Software Distribution）开源许可证发布，即BSD 3-Clause License 。Ecere SDK其实相当于一套生态系统，包含跨平台API（Application Programming Interface）、2D绘图、3D绘图、网络、数据库访问、集成开发环境、构建系统等。最有特色的是2D和3D绘图引擎，Ecere公司还有一套商业地理信息系统GNOSIS，就是基于Ecere SDK绘图引擎做的，用于开发跨平台的GIS（Geographic Information System）应用程序。（六）.NET/Mono.NET是微软目前大力推广的程序开发框架12，通过.NET可以将各种编程语言的程序统一运行在RyuJit VM虚拟机层之上，从而使各种编程语言开发的模块可以互相利用，统一架构，类似Java程序运行在JVM上。.NET开发库功能丰富，又有微软力推，所以在Windows平台发展迅速，而且WinPhone也是原生支持.NET库的，其集成开发环境就是著名的Visual Studio。在2014年11月12日，微软宣布将.NET开发环境使用MIT许可证开源，将支持在Linux和Mac OS系统上运行，并向开发者提供免费的Visual Studio Community 2013，这也是一件轰动开源社区的大事。Mono是Novell公司开发的跨平台 .NET运行环境13，这样就可以在Linux、Unix、Mac OS上面运行基于.NET 开发的程序，当然Mono也可以运行在Windows系统上。Mono是开源软件，其集成开发环境是MonoDevelop。此外还有Mono的衍生版开发库Xamarin，旨在为移动平台开发应用，其集成开发环境为Xamarin Studio。Xamarin现在是作为独立公司运营14，其产品简化了针对多种平台的应用开发，包括iOS、Android、Windows Phone和Mac App，开发语言为C#，需要注意的是Xamarin为商业软件，是需要付费使用的15。（七）DlibDlib是跨平台的开源C+通用库16，按照Boost Software License许可证发布。Dlib采用模块化思想开发的，是由一堆比较独立的模块组成，从2002年开始，Dlib开发库内容越来越多样，概括说来，包含网络、多线程、GUI、复杂数据结构、线性代数、统计机器学习、图像处理、数据挖掘、XML和文本解析、数值优化、贝叶斯网络以及其他很多功能模块。Dlib原本是用于科学计算的，由于其开放性和通用性思想，欢迎各个领域有用的高质量的软件模块加入，所以功能越来越多。三、常见跨平台开发方式对比上节对七种跨平台开发库进行了概括介绍，本节对它们进行三个方面的比较，通过表格形式展示它们各自的特色，比如开发语言、开发库所采用的授权许可、支持的操作系统、所包含的功能模块等等。（一）开发语言和许可证方面表1 开发语言、许可证等方面比较开发库开发语言许可证虚拟机层应用举例JDKJava商业或GPLJVMOracle数据库各种Android应用神州通用数据库永中OfficeQtC+，存在Python、Perl、PHP、Ruby等语言绑定GPL、LGPL或商业无各种KDE程序VLC Media PlayerWPS for Linux360 for LinuxwxWidgetsC+，存在Python、Perl、Java、Ruby等语言绑定wxWindows License无CodeBlocksCodeLiteBitTorrentFileZillaGTK+C/C+，存在Python、Perl、Java、Ruby等语言绑定LGPL无各种GNOME程序FirefoxGIMPVMWareEcere SDKC/eCBSD 3-Clause License无Ecere IDEEcere ChessAcovel Media Player.NETVisual Basic、C#、C+、F#MIT LicenseRyuJit VMPDFCreatorNuGetMuine Music PlayerMoonlightMonoGPL/LGPL/MIT LicenseMono虚拟机DlibC+，存在Python语言绑定Boost Software License无科学计算领域如Mobile Mind从表1可以看出跨平台开发库使用开源协议发布的居多，而且微软.NET都开始走开源路线，所以使用开源库也的确是大势所趋。而开发语言使用C/C+/Java的居多，C#算是后起之秀，Python、Perl、Ruby等解释性脚本语言也可以用来做跨平台开发，当然这需要在操作系统里安装脚本语言解释器和运行库，一般的通用操作系统都是支持这些脚本语言的。著名的黑客软件Metasploit Framework就是采用Ruby开发的，而且也是开源的。（二）操作系统支持方面表2 操作系统支持比较开发库通用操作系统智能手机系统RTOS/嵌入式系统JDKWindows、Mac OS、Linux、SolarisAndroid通过Java ME支持嵌入式设备QtWindows、Linux、Unix、Mac OSAndroid、iOS、WinPhone、Tizen、MeeGoQNX、VxWorkswxWidgetsWindows、Linux、Unix、Mac OSwxAndroid正在开发中暂无GTK+Windows、Linux、Unix、Mac OS暂无通过GMAE项目有部分支持Ecere SDKWindows、Linux、Unix、Mac OSAndroid暂无.NET/MonoWindowsLinux/Unix/Mac OS(Mono)WinPhoneAndroid/iOS(Xamarin)暂无DlibWindows、Linux、Unix、Mac OS暂无暂无从表2可以看出，跨平台开发库对通用操作系统的支持都是比较好的，由于移动开发平台的火爆，跨平台开发库对智能手机系统的支持也是发展趋势，目前是JDK、Qt、.NET/Mono三个系列对移动平台的支持比较好。RTOS和嵌入式系统由于其使用的特殊性，支持这些系统的跨平台开发库比较少。（三）功能模块方面表3 功能模块方面比较开发库GUI文件网络多线程数据库3D图形多媒体JDK有有有有有有有Qt有有有有有有有wxWidgets有有有有(wxCode)有有GTK+有有有有(GDA)(GtkGLExt)(GStreamer)Ecere SDK有有有有有有目前仅音频.NET/Mono有有有有有有有Dlib有有有有SQLite暂无暂无 表3中七个功能模块是个人枚举的常见程序库模块，不是通用标准，还有其他可能的模块表格中没有列出，仅是枚举常见的功能，对跨平台开发库进行对比。表格中加括号的是指该系列开发库的扩展模块，不是原生自带的。Dlib由于主要用于科学计算，图形界面设计其实并不是它的特长，只是具有这方面的功能。.NET/Mono/Xamarin还处于潜力股阶段，等以后微软推广起来，.NET是会有一席之地的。Ecere SDK由于其语言独特性，通常叫好不叫座，目前应用并不多。GTK+与GNOME、Linux/Unix关系比较密切，真正用它来开发跨平台程序的情况不多。目前实际用来做跨平台开发比较多的是JDK、Qt、wxWidgets。四、总结本文首先简述了跨平台开发的需求背景，然后对JDK、Qt、wxWidgets、GTK+、Ecere SDK、.NET/Mono、Dlib等七种跨平台开发库逐一介绍，并对比了这些开发库