（计算机应用技术专业论文）基于界面设计模式的物探领域应用框架的设计与实现.pdf

“j 三己支 v l r t a , l d , 声明 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：立雪“ 日期：年月日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：圭坌幺 导师签名： e t 期： 力丕活、 年月日 1 - ， 矗 “ 摘要 摘要 计算机技术的飞速发展，开发一个系统软件会涉及越来越多方面的技术 这使得在较短周期内开发出一个成熟的、稳健的软件产品的难度也越来 形用户界面的开发在现代软件的开发中占有非常重要的地位，因为它把 计算机技术和人联系起来，使得计算机技术应用最大程度的人性化。在一套软件 开发过程中，开发图形用户界面的工作量往往占整个开发工作的很大一部分。软 件复用是在软件开发中避免重复劳动的解决方案，可用于提高软件开发的效率和 质量。近十几年来，面向对象技术出现并逐步成为主流技术，为软件复用提供了 基本的技术支持。软件复用研究重新成为热点，被视为解决软件危机、提高软件 生产效率和质量的现实可行的途径。软件框架技术以及设计模式技术是重要的软 件复用技术。 本文就可复用的软件开发技术进行了研究，重点探讨了软件框架技术以及界 面设计模式技术，并对跨平台技术进行了说明，详细介绍了跨平台开发工具包q t 。 文章按照软件框架开发过程模型的步骤，在界面设计模式的指导下，凭借作者从 事的实际项目开发的经验，对石油物探领域特色子功能软件进行了详细研究，通 过领域分析，设计并实现了该领域的应用框架，最后将该应用框架应用于实际的 领域软件开发过程中，通过测试，该应用框架具有较高的可复用性，同时具备跨 平台的能力。 关键词：软件框架，q t ，界面设计模式 v i l ， v 么 s i g n i f i c a n tp a r ta m o n g a l lt h ew o r kt h r o u g ht h ee n t i r es o l , r a r ed e v e l o p m e n tl i f e c y c l e a sw e l lk n o w n ，t h er i g h ta p p r o a c ht oa v o i dc o d i n gd u p l i c a t i o ni st oa p p l yc o d er e u s e ， w h i c hc a ns u b s t a n t i a l l yr a i s et h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t o v e r t h el a s td e c a d e ，b e c a u s eo fo b j e c to r i e n t e dt e c h n o l o g y , w h i c hh a sg r a d u a l l yb e c o m ea b a s i ca n dt e c h n i c a lu n d e r p i n n i n gf o rc o d er e u s e ，b yw h i c h ，c o d er e u s er e t u r n st ob e af o c u s ，c o n s i d e r e da st h ee m p i r i c a lr e s o l u t i o nf o ri m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t y o fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t s o f t w a r ef r a m e w o r ka n dd e s i g np a t t e r n sa r eo ft h em o s t c r u c i a ls i g n i f i c a n c e t h i st h e s i si sm a i n l yd o i n gt h er e s e a r c ho nc o d er e u s e ，f o c u s i n go nd e s i g n p a t t e r n sf o ri n t e r f a c e sa n ds o f t w a r ef r a m e w o r k ，a n da l s od e s c r i b i n gc r o s s - p l a t f o r m t e c h n o l o g yw i t hd e t m l sr e g a r d i n gt h eq tt e c h n o l o g y u n d e rt h eg u i d a n c eo fu s e r i n t e r f a c ep a t t e r n sa n di na c c o r d a n c ew i t ht h es t e p so f s o f t w a r ef r a m e w o r k d e v e l o p m e n tp r o c e s sm o d e l ，t h i st h e s i sf u r t h e r1 0 0 k s ，b a s e d o nt h ea u t h o r sp r o j e c t e x p e r i e n c e ，i n t oas o 脚a r ep r o d u c tt h a ti ss p e c i f i c a l l yf o rg e o p h y s i c a lo i le x p l o r a t i o n ， a i m i n ga ta b s 仃a c t i n gt h ea p p l i c a t i o nf r a m e w o r k ，w h i c hh a sb e e ne v e n t u a l l yw o r k e d o u ta n da p p l i e di np r a c t i c e ，s u c c e s s f u l l yp r o v e dg e n e r i cw i t h i nt h i sd o m a i na n dh i g h l y r e u s a b l ea c r o s sv a r i o u sp l a t f o r m s k e y w o r d s ：s o f t w a r ef r a m e w o r k ，q t ，u s e ri n t e r f a c ep a t t e r n s i i l l 厶 q 目录 目录 第一章引言1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状分析2 1 2 1 图形用户界面设计方法2 1 2 2 软件复用技术3 1 2 3 流行的g ul 系统分析5 1 3 研究的意义6 1 4 主要研究工作与论文组织8 1 4 1 主要研究工作8 1 4 2 论文组织9 第二章相关理论的背景知识介绍1 0 2 1 界面设计模式技术1o 2 1 1 界面设计模式的定义1o 2 1 2 界面设计模式的分类1 0 2 1 3 基本设计模式一11 2 2 框架技术1 4 2 2 1 框架的定义1 4 2 2 2 框架的特点1 4 2 2 3 框架的分类1 5 2 3 框架与模式的区别1 6 2 4 跨平台技术17 2 5 关于q t 18 2 6q t 的体系结构1 9 2 7 信号和槽机制2 1 i i i 目录 2 7 1 基本原理2 1 2 7 2 信号与槽的关联2 2 2 7 3 元对象工具2 3 2 8q t 中的三个主要基类2 4 2 8 1o o b je c t 类2 4 2 8 2o a p pi ic a tio n 类2 4 2 8 3q wid g e t 类2 5 2 9 本章小结2 6 第三章物探领域应用框架设计与实现2 7 3 1 领域分析与设计2 7 3 1 1 领域分析2 7 3 1 2 系统用例分析2 8 3 1 3 模式选取_ 3 0 3 2 框架设计31 3 2 1filem a n a g e r 模块31 3 2 2d r a ga n dd r o p 模块3 4 3 2 3uim a n a g e r 模块3 5 3 2 4o n - lin ea s sis t a n t 模块3 7 3 2 5v e r sio ndis pia y 模块3 8 3 3 框架实现。3 9 3 3 1 框架开发平台和工具3 9 3 3 2 框架静态类结构3 9 3 3 。3 框架程序设计说明4 4 3 3 4 框架界面( g ui ) 描述4 7 3 4 本章小结4 8 第四章基于物探领域框架的应用开发实例4 9 4 1 背景介绍4 9 4 2 系统开发流程5 0 4 3 需求分析5 1 l v ，i 7 0 _ 致谢6 8 参考文献6 9 攻硕期间取得的研究成果一7 2 v 一 q 第一章引言 研究背景 第一章引言 图形用户界面( g u i ，g r a p h i cu s e ri n t e r f a c e ) 是继字符界面( c u i ，c h a r a c t e r i n t e r f a c e ) 之后提出的第二代用户界面技术，现在已经被大多数操作系统采 图形用户界面是用户与计算机进行交互的操作方式，即用户与计算机之间互 相传递信息的方式。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形用户界面对于用 户来说更为简便易用，它极大地方便了非专业用户的使用，人们从此不再需要死 记硬背大量的命令，取而代之的是通过窗口、菜单、按键等方式来方便地进行操 作。用户界面是软件系统中重要的组成部分，“从某种意义上来说，界面对于用户 而言就是整个软件系统 n 1 一个软件的综合质量，除了取决于它的性能外，用户 界面也是非常重要的因素，很大程度上决定着软件的成败。 在现在的软件开发过程中，界面开发的效率和质量已经成为影响整个软件产 品质量的一个重要因素。随着图形用户界面的发展，人们对人机交互的要求越来 越高。研究表明，图形界面的内容、形式将影响软件的推广。国外对大量软件系 统的分析结果表明，用户界面在应用软件开发中平均占开发量的4 8 和运行时间 的5 0 ，提高用户界面的开发效率是提高软件开发效率的有效方法。另外，由于 用户界面也是软件系统中最容易发生变化的部分，从而使得用户界面成为计算机 软件研制中最困难的部分之一昭哪。 近年来，随着技术和应用的发展，如跨平台的应用程序和移动计算、普适计 算等新需求的出现，传统的界面开发手段已经愈显乏力。在界面生成方面，新的 尝试层出不穷，其中基于界面设计模式的界面生成方法作为一种主流研究方向得 到了广泛的研究与发展。但是现有的软件工程方法缺少对用户界面设计描述的直 接支持，制约了图形用户界面的开发效率和质量。为了提高图形用户界面的开发 效率和质量，将界面设计和系统功能设计分离，根据界面描述模型快速生成界面 已成为开发人员的目标。界面设计模式是设计模式在界面设计方面的应用和发展。 它试图构建标准可复用的解决方案，来帮助解决常见、难度较大、带有普遍性的 界面设计问题。界面设计模式是界面设计过程中些经验的抽象总结，能针对某 一个应用问题给出一个设计模式。但是界面设计模式仅仅给出了界面设计的方法， 电子科技大学硕士学位论文 并没有针对每个设计模式给出相应的应用程序框架，加之界面设计模式是在过去 经验总结的基础上得来的，较为抽象，缺少形式化的表述，因此在实际的应用中 存在一定的困难。 1 2 国内外研究现状分析 1 2 1 图形用户界面设计方法 当前界面设计的主要方法有以下几种h 3 ：基于界面设计模式的界面设计，基 于形式化方法的界面设计，基于任务模型的界面设计，基于界面模板的界面设计， 基于u m “的界面设计。 ( 1 ) 基于界面设计模式的界面设计方法 基于界面设计模式的界面设计是当前界面设计研究中的重要研究领域，界面 设计模式u i p ( u s e r i n t e r f a c ep a t t e m s ) 是目前解决日渐复杂的、多样的界面设计 的常用技术。它是设计模式在界面设计方面的应用和发展。它试图构建标准可复 用的解决方案来帮助解决常见、难度较大、带有普遍性的界面设计问题。它代表 了对界面设计的新方法和新方向。目前已存在多种u i 模式集合。w e l i e 的模式集 合晦1 给出了界面设计模式的框架表示，提出了多种界面设计中常用的表现形式， 例如导航( w i z a r d ) 、表格( g r i dl a y o u t ) 、进度条( p r o g r e s s ) 、属性设置( s e t t i n g a t t r i b u t e s ) 等，给界面开发人员提供了一定的参考。j u s t - u i 模式阳1 是一种概念 模式，它获取用户对u i 的需求，给出了许多概念模式，以一种抽象的描述方法 来回答“如何查找”、“如何排序”、“如何浏览”及“如何处理”等问题，其设计 不必关注于特定的细节。 ( 2 ) 基于形式化方法的界面设计 基于形式化方法的界面设计具有精确性，无二义性的特点，形式化方法能够 证明描述的可靠性和一个系统正确地被实现的特性，针对具体界面需求的不同采 用不同的形式化方法。形式化方法为界面信息的准确描述提供了技术基础。能够 在设计的早期阶段发现错误，有助于缩短开发周期，保证开发质量。 ( 3 ) 基于任务模型的界面设计 任务模型常用于描述应用系统完成功能时执行的操作序列，任务模型可以帮 助理解应用系统，支持有效的设计，帮助进行易用性评价，并且可以重用任务模 型。基于模型的界面设计方法1 把界面的设计分解为不同构造的模型。一个模型 2 u n i t ) 组成。抽象表示单元是实际界面元素的抽象，界面模板u 1 1 r 的组成部分， 可以分类为原子a p u 和复合a p u 。原子a p u 是组成界面模板u i t 的最小单元， 其属性包括名称、i o 类型、风格、内容类型、位置、大小等。界面模板作为参数 化设计方法称为界面设计模式的直观表现形式，它以参数化的控制方式对界面进 行裁剪、组合和复用。 ( 5 ) 基于u m l i 的界面设计 u m l 是用户界面建模时首先考虑的方法，但是u m l 对于用户界面建模是不 足的。u m l i ( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g ef o ri n t e r a c t i v ea p p l i c a t i o n s ) 是交互式应 用的统一建模语言。u m l i 在保留u m l 表达系统的基础上，较好的表达了界面交 互模型。u m l i 扩展了u m l ，加强了表达界面模型的能力，降低了结构复杂性以 及表达界面模型的难度，结合任务模型和活动图来表达界面的交互活动。因为它 采用了u m l 作为扩展建模语言，因此容易推广，它能同时表达系统行为和界面 行为。 1 2 2 软件复用技术 软件复用是指依据对已有软件的各种有关知识来建立新的软件，这些知识包 括：领域知识、开发经验、设计经验、设计决定、体系结构、需求、设计、编码、 测试和文档等。软件复用的目的是降低软件开发和维护的成本，提高软件开发效 率，提高软件的质量。早期的软件复用主要是程序代码的复用，以后逐步扩大到 设计、需求规约或模型、体系结构、代码、测试文档等的复用。用户界面是被广 泛复用的软件制品，由于用户界面部分约占一个应用软件6 0 的代码量，因此其 复用效率极高。复用能够提高软件的质量，提高生产效率，降低成本。 ( 1 ) 软件构件技术 软件构件技术( s o t 壬w a r ec o m p o n e n tt e c h n 0 1 0 9 y ) 是支持基于构件的软件复用 的核心技术。构件是事先定义了编程接口和功能、相互独立的软件单元，是自包 电子科技大学硕士学位论文 含的抽象数据类型，并能够被组装在一起的程序。构件通过黑盒技术，被设计成 为定义了一个相互协调的操作的集合，该操作集可以通过在语法上一致的接口来 访问。基于构件的软件开发的主要思想就是将现有的可复用构件集成到当前应用 中来，使得应用无需从头开始，通过软件复用大大提高软件生产率。而可复用构 件( r e u s a b l ec o m p o n e n t ) 是指具有相对独立的功能和可复用价值的构件。 可复用构件具备以下属性睁1 0 1 ：有用性( u s e f u l n e s s ) ：构件必须提供有用的功 能；可用性( u s a b i l i t y ) ：构件必须易于理解和使用；质量( q u a l i t y ) 构件及其 变形必须能正确工作；适应性( a d a p t a b i l i t y ) ：构件应该易于通过参数化等方式在 不同语境中进行配置；可移植性( p o r t a b i l i t y ) ：构件应能在不同的硬件运行平台 和软件环境中工作。 ( 2 ) 软件框架技术 软件框架( s o f t w a r ef r a m e w o r k ) 是一种微体系结构，为特定领域内的软件系 统提供未完全实现的模板n 1 1 ，它是实现系统性复用的有效组织方法，由于其能有 效提高软件的生产效率而受到了软件工程界的普遍重视。框架是由一些类组成， 这些类为应用程序提供了一个可重用的设计。应用程序代码访问这些类库来执行 任务，而框架是调用应用程序代码，从而管理程序的流程。好的框架能封装底层 大部分代码，这使得开发人员只需要专注于用代码来实现业务功能，而不需要直 接接触底层的a p i ，这不但大大降低了开发难度，也提高了开发效率和开发质量。 一个经过良好设计的框架可以为程序提供清晰的结构并且提高程序的内聚性。框 架是一个“半成品”的应用程序，框架中已经包含了应用程序从启动到运行的主 要流程，流程中那些无法预先确定的步骤留给用户来实现。一个好的框架可以缩 短软件开发周期，降低开发成本，提高软件质量，改善软件系统交互性。 ( 3 ) 设计模式 针对反复出现的设计问题，设计模式n 2 1 给出了经过实践检验的、可复用的解 决方案。设计模式主要描述面向对象的软件设计，通常设计模式是与领域无关的， 可以应用于不同的应用系统和领域。设计模式的核心在于提供了相关问题的解决 方案。一个设计模式有四个基本要素：模式名称( p a t t e r nn a m e ) 、问题( p r o b l e m ) 、 解决方案( s o l u t i o n ) 和效果( c o n s e q u e n c e s ) 。所以，每个设计模式都集中于一个 特定的面向对象设计问题或设计要点，描述了什么时候使用它、在另外设计约束 条件下是否能使用、使用的效果以及如何取舍。设计模式目标是把共同问题的不 变部分和变化部分分离出来，不变的部分就构成了设计模式。概括的说来，设计 模式是面向对象软件设计中一些经验的抽象总结，它们对于软件开发的整个领域 4 第一章引言 都是适用的，并不针对某一类特定的开发。设计模式的应用具有容易理解，便于 交流，易于标准化，提高开发效率和质量，实现系统组装，降低开发费用的优点。 设计模式分为创建型模式( c r e a t i o n a lp a t t e r n ) ，结构性模式( s t r u c t u r a lp a t t e r n ) 和行为模式( b e h a v i o r a lp a t t e r n ) 三类，分别从对象的创建，对象和对象间的结构 组合以及对象交互三个方面为面向对象系统建模方法给予解析和指导。其中创建 型模式描述了怎么创建一个对象。它隐藏了对象创建的细节，使程序代码不依赖 于具体的对象，这样当增加一个新的对象时几乎不需要修改代码。结构型模式描 述类和对象之间怎么组织起来形成大的结构，主要使用继承来组织接口和实现。 行为模式描述算法以及对象之间的任务分配，它所描述的不仅仅是对象和类的设 计模式，还有它们之间的通讯模式n 羽。这些模式刻画了在运行时难以跟踪的复杂 的控制流。行为模式使用继承机制在类间分派行为。 1 2 3 流行的g ui 系统分析 用户界面是交互式系统的重要和不可或缺的组成部分，开发出一个友好的， 针对性强的人机界面对用户和软件制造商来说都有很重要的意义。当前比较流行 的g u i 程序开发工具包主要有以下几种n 驯。 ( 1 ) g t k + g t k + 开始是作为另一个著名的开源项目“g n ui m a g em a n i p u l a t i o np r o g r a m ( g i m p ) 的副产品而创建的。在开发早期的g i m p 版本时，p e t e rm a t t i s 和s p e n c e r k i m b a l l 创建了g t k ( 它代表g i m pt o o l k i t ) ，作为m o t i f t 具包的代替，后者在 那个时候不是免费的。当这个工具包获得了面向对象特征性和可扩展性之后，才 在名称后面加上了一个加号。g t k + 实在基于l g p l 授权的，因此可以用g t k + 开发开放源码软件的自由软件或者商业的非自由的软件。 g t k + 是在g d k ( g i m pd r a w i n gk i t ) 的基础上创建的。g d k 是对x l i b 函数 的包装。一般用g t k 代表软件包和共享库，用g t k + 代表g t k 的图形构件集。 g t k + 图形库使用一些成为“构件”的对象来创建g u i 应用程序。它提供了窗口、 按钮、框架、列表框、组合框、树、状态条等很多构件，可以构造丰富的用户界 面。 ( 2 ) f l t k f l t k ( t h ef a s tl i g h tt 0 0 1 瞄t ) 是一个跨平台的轻量级的g u i 开发库，它由 c + + 编写，可以应用于u n i x ，l i n u x ，m s w i n d o w s 和m a c o s 操作系统平台。f l t k 5 电子科技大学硕士学位论文 第一章引言 的严重影响迫使人们不断研究和探索更好的软件开发技术和方法。 计算机发展的初期，计算机主要用于科学计算等任务，当时用户不关心界面 方面的细节。随着计算机的发展和普及，人们对人机交互的要求越来越高，对它 的研究早就受到了人们的高度重视。2 0 世纪8 0 年代后期，美国计算机学会( a c m ) 和电气及电子工程师协会( i e e e ) 建议把“用户界面设计”作为计算机科学的正式 课程，这标志着人们已经开始高度重视系统的“可用性”和使用过程中的“用户 体验 。根据人类的能力和认知特点设计的人机界面，不仅要支持用户完成任务， 而且要能使用户愉快而高效地工作。根据计算机三大定律之摩尔定律的阐述：计 算机每发展1 8 个月速度就要提高一倍，价格也将降低一倍。这使得研究人机交互 界面成为一个重要的课题。在软件研制中，人机界面的设计和开发在整个系统研 制中所占的比重较大，约占4 0 6 0 ，加上不同人群对界面的要求不全相同，因 而人机界面是计算机研制中一个最困难的部分。因此，人机乔面技术已成为世界 各国软件工作者所着重研究的关键技术之一n 引。提高用户界面的开发效率是提高 软件开发效率的有效方法。 软件复用的思想是解决“软件危机”以及提高软件开发效率的一个根本方法。 1 9 6 8 年，n a t o ( 北大西洋公约组织) 软件工程会议上由m c i l r o y 第一次提出 了软件复用的概念。早期的软件复用主要是代码级复用，被复用的知识专指程序， 后来扩大到包括领域知识、开发经验、设计决定、体系结构、需求、设计、代码 和文档等一切有关方面。软件业的发展不仅要求软件有更高的生产率和可靠性， 而且对软件的可重用性和可维护性也提出了更高的要求。可复用性是人类解决问 题时普遍使用的概念。软件复用思想的提出及软件复用技术的发展，对软件界乃 至整个计算机技术的发展有着深远的意义。 设计模式和框架在软件设计中是两个不同的研究领域，他们是实现软件复用 的重要技术。设计模式研究的是一个设计问题的解决方法，一个模式可应用于不 同的框架和被不同的语言所实现；而框架则是一个应用的体系结构，是一种或多 种设计模式和代码的混合体。框架是实现大粒度软件复用的有效途径，面向对象 框架可以通过实例化扩展实现具体的应用系统。 7 电子科技大学硕士学位论文 1 4 主要研究工作与论文组织 1 4 1 主要研究工作 在企业级应用中，特定领域的框架( f r a m e w o r k ) 是设计复用中较为具体的 例子。它针对性较强，具备一定的灵活性和可扩展性，是一个不完备或半完备的 设计复用结构。这类框架的建立，也带动了特定领域构件技术的发展u 引。至今， 软件的生产任然无法像硬件那样以高度自动化的流水线方式进行。目前的软件开 发现状和硬件产业的发展提示我们，从特定领域简单的应用开始，逐渐抽象提取 出领域内统一的软件框架，将大大提高该领域的软件开发效率。 本文的研究从理论性和实用性两方面着手，通过对软件框架技术以及界面设 计模式技术的研究，特别是石油物探领域特色功能子系统框架的分析，探索一种 有效的开发方法和软件体系结构来指导领域系统的开发，建立一种动态扩展、高 性能、伸缩性强的软件框架，以便有效地利用原有遗留资源，继承原有子系统， 并最大限度的提供对系统演化的支持。本文开发的跨平台应用程序框架是在 “g e o m o u n t a i n 处理软件主框架架构设计与研发”项目以及“地震数据处理过程质 量q c 软件研制 项目基础上，以界面设计模式为指导，提取开发出来的，并将 其应用于实际的物探领域特色子功能软件的开发，通过系统测试，达到了预期， 取得了较好的效果。该框架的研发，完成了软件开发中基础的、底层的界面功能， 开发人员可以不用再考虑底层开发的细节，而是把精力完全地放在业务逻辑的开 发上。这就使得开发人员不用从头开始进行软件的开发，缩短了软件的开发周期， 简化了软件开发的难度，增强了软件的健壮性和可维护性。 本论文的研究集中在以下三个方面。 ( 1 ) 软件复用技术的研究。着重研究了软件复用技术中的软件框架技术以及 界面设计模式技术，通过界面设计模式的指导，设计了一个符合石油物探领域的 特色子功能软件框架。 ( 2 ) 跨平台框架研究。为了进一步增强框架的普适性，文章对跨平台的程序 库和工具包进行了研究，着重对q t 开发工具进行了介绍，并最终利用q t 开发工 具实现了框架的开发。 ( 3 ) 跨平台应用程序框架设计与实现。通过对软件复用技术以及跨平台技术 的研究，在石油物探领域特色子功能软件分析基础上，实现了一个跨平台的应用 程序框架，并将其应用于实际开发过程中进行了检验。 第一章引言 1 4 2 论文组织 全文共五章。 第一章引言 本章介绍课题研究的背景和意义以及本领域国内外发展现状。概括性的介绍 了主要研究工作与论文组织；详细介绍了图形用户界面的设计方法、软件复用技 术、流行的g u i 开发工具。 第二章相关理论的背景知识介绍 本章介绍了软件复用技术中的界面设计模式技术和框架技术，概述了界面设 计模式集当中的一些基本模式及其与软件框架之间的关系，并介绍了用于本软件 框架开发的跨平台开发工具包q t ，对其体系结构、核心机制以及主要基类进行了 详细说明。 第三章物探领域应用框架设计与实现 本章介绍了石油物探领域特色子功能软件应用框架的设计与实现。按照应用 框架开发过程模型要求，通过领域分析、框架设计以及框架实现三个步骤完成了 石油物探领域特色子功能软件应用框架的开发，详细地展示了框架设计与实现的 全过程。 第四章基于物探领域框架的应用开发实例 本章在前一章开发的应用框架基础上，将石油物探领域特色子功能软件框架 应用于实际领域软件的开发中，以测试框架的正确性和可用性。 第五章结论与展望 本章对论文的工作进行总结，并对以后的工作做了进一步的展望。 9 电子科技大学硕士学位论文 第二章相关理论的背景知识介绍 2 1 界面设计模式技术 2 1 1 界面设计模式的定义 用户界面是交互式系统的重要和不可或缺的组成部分。软件的工程设计方法 在软件开发中发挥了重要的作用。但是时至今日各种软件过程方法对界面的构成 和设计没有提供专门和可用的描述方法，影响了界面乃至整个软件的工程设计效 率和质量。设计模式是对设计问题的大粒度成功解决方案的格式化描述，在多种 设计领域中已经获得成功应用，成为了软件设计研究的一个热点。设计模式的应 用具有容易理解，便于交流，易于标准化，提高开发效率和质量，实现系统组装， 降低开发费用的优点。 界面设计模式u i p ( u s e ri n t e r f a c ep a t t e r n s ) 脚1 是设计模式在界面设计方面的 应用和发展。它试图构建标准可复用的解决方案，来帮助解决常见、难度较大、 带有普遍性的界面设计问题。它目前处在初级阶段，代表了对界面设计研究的新 方法和新方向。在界面设计模式方面，先后有b o r c h e r s ，以及v a nd u y n e 和g r a h a m 等在论文和出版书籍中提到，截止目前总共出现了大概2 5 0 个界面设计模式。这 些模式也是界面设计的特定上下文中解决某个常见问题的过程中形成的比较好的 解决方案。界面模式的描述也可以分为四个部分：w h a t 该模式的名称以及作用； u s e w r h e n ：什么时候使用该模式，也即该模式的上下文环境描述；w h y ：使用该 模式的原因，原理；h o w ：解决方案，即如何使用该模式。 2 1 2 界面设计模式的分类 界面设计模式根据模式的复杂程度分为：普通模式、简单组合模式、重叠组 合模式胁1 。 ( 1 ) 普通模式。平面结构的独立界面，如表展示、树展示。现有界面设计模 式，如对2 3 种经典设计模式的运用，w “e 的设计模式陆1 ，还有p d m b u i 中的 模式乜引，可归为此类。针对它们可抽象出一个模式，称为普通模式。该模式中展 示对象是普通对象，也是基本对象，对象属性为基本类型，没有对象的嵌套关系。 1 0 第二章相关理论的背景知识介绍 对象给界面后，直接以一定形式在整个界面内展示对象的可视元素。 2 ) 简单组合模式。平面结构且内容又一定或需一起展示，如按钮组、概要 信息等，针对这类可抽象出一个模式，称为简单组合模式。该模式中展示 普通组合对象，该对象由若干普通对象组合而成，只有一层嵌套。把它指 区域后，该区域可再分割，分割得到的子区域可指派该对象的子对象。 3 ) 重叠组合模式。具有层次结构或需在同一区域展示多项内容，如多级导 、多层属性页，针对它们可抽象出一个模式，称为重叠组合模式。该模式 中展示对象时重叠组合对象，该对象由普通对象和组合对象( 分普通组合和重叠 组合) ，或组合对象和组合对象组合而成，嵌套层次至少为两层。把该对象指派给 某区域后，该区域就变为多个界面重叠而成，它们可覆盖展示，也可分页展示， 每次仅显示一个界面。对每个界面，可指派该组合对象的子对象。指派后，依被 指派对象类型又可进行相应操作，直到每个界面都是可直接展示的普通对象。 普通模式是基本设计模式；简单组合模式在普通模式基础上有一个嵌套层次 的组合；重叠组合模式在普通模式和简单组合模式基础上可有多个递归嵌套层次 的绍合。 2 1 3 基本设计模式 通过上面的讨论，我们知道，无论是简单的组合模式还是重叠组合模式，它 们都是由基本界面设计模式组成的。接下来，本文将介绍本软件框架中用到的一 些基本界面设计模式，这些模式来至于j e n i f e r t i d w e l l 的模式集和w e l i e 的模式 集嘞。 ( 1 ) 树形模式 1 模式说明 用户需要清晰的看到多数据之间的关系，用户界面需要将复杂的数据分层放 置在列中，使用列的大纲结构来说明层次结构关系，从而展示出不同数据的关系。 2 应用场景 当用户界面需要显示多元信息时，列表显示是一个行之有效的方法。但是当 这些多元信息具有层次结构时，树形显示会更加的有效。 3 应用原因 在显示具有复杂逻辑层次结构数据时，为了让用户可以清晰的观察到数据之 间的关系，方便的对不同层次上的数据进行不同的操作，需要使用树形结构显示 电子科技大学硕士学位论文 数据。树形结构可以直观给出数据的等级层次结构视图，并可以在一个统一的界 面结构中显示出和数据相关的属性。 ( 2 ) 中央显示模式 1 模式说明 用户需要知道哪一部分是软件的核心功能或者核心信息，用户界面需要将最 重要的子功能界面放置在整个用户界面的中央位置，并且使其占据最大的界面空 间。将其余的操作界面或者是工具按钮放置在较小的面板上，将面板放置在中央 窗口周围。 2 应用场景 当用户界面提供了较多的功能按钮，或者是用户界面比较拥挤时，在整个界 面中心最大区域显示出用户最为关心的信息，使用户可以将精力集中在主要的工 作上编辑文件或者执行特定的操作。 3 应用原因 一个好的用户界面应该能够立刻将用户的视线引导到最为重要的信息或者任 务上来，而不是让用户搞不清楚软件的主要功能。这正如在一篇新闻报道中，黑 体标题句能够体现文章的主题和目的一样。当软件将最为重要的信息显示在中央 区域时，可以帮助用户搞清楚什么是需要第一位处理的，什么是第二位处理的， 以及软件中各个子功能部分之间的联系。 ( 3 ) 响应启用模式 1 模式说明 应用软件启动时，用户界面中的部分控件为不可用状态，通过用户的一系列 操作后，界面将响应用户事件，将那些不可用控件将会逐一激活，从而达到引导 用户操作软件的目的。 2 应用场景 当用户界面需要引导用户完成比较复杂的任务时，或者有些功能需要用户先 进行部分设置后才能使用时，便可使用响应启用模式。这样一方面可以减轻用户 操作的负担( 可以引导用户操作) ，另一方面可以保证软件运行的稳定性和正确性。 3 应用原因 考虑到图形操作界面的优势，用户界面可以通过响应启动模式，直观的引导 用户与计算机之间的交互。通过界面引导，用户可以形成正确的操作习惯，形成 正确的思维模式。此外，由于用户界面已经“锁定 了部分控件，用户就被禁止 了某些“非法 操作行为，从而避免了一些不必要的错误信息提示。 1 2 第二章相关理论的背景知识介绍 ( 4 ) 工具面板模式 1 模式说明 用户需要方便的使用软件提供的各种功能，用户界面需要将一组相关的功能 按钮放置在按钮面板上，将面板放置在界面中中心窗口周边，并使面板一直可见。 2 应用场景 用户界面有时需要展示多个不同的按钮组，我们可以将这些按钮组放置到一 个菜单中，但是有时候用户界面中不存在菜单栏，或者我们需要将这些按钮组放 置在更加显眼的位置。这类似于右键( 左键) 弹出式菜单，但是弹出式菜单任然 不够明显，同时用户可能根本就没有意识到弹出式菜单的存在，从而忽略弹出菜 单。或者我们的按钮组过于复杂而无法用菜单来显示，或者是我们的按钮组不适 合标准的顶层菜单名称如f i l e ，e d i t ，v i e w ，t o o l s 等。在这些情况下工具面 板模式较为适用。 3 应用原因 在上面的应用场景中，我们已经提到了两点运用按钮面板模式原因：更加明 显，更加自由的展示方式。我们将按钮直接放置在用户界面上，而不是将它们隐 藏在传统的菜单中，可以方便用户的使用。在一般的意义上说，按钮面板也是一 种菜单。它不像菜单栏、下拉列表或者是弹出菜单那样，用户可以不进行任何操 作便能看见它，这使得软件的功能按钮更加方便的找到。由这种模式得到的用户 界面特别适用于那些对传统文菜单栏界面不是很熟悉的用户使用。 ( 5 ) 反馈模式 1 模式说明 用户在操作软件过程中，可能会设置一些运行参数，而用户输入的参数可能 是不正确的，当用户输入的参数错误时，软件应该弹出提示信息界面，通知用户 操作过程出现错误，并告诉用户如何处理错误。 2 应用场景 当用户需要填写多个运行参数发生错误时，应用该模式。这种错误通常有两 种情况，a 运行参数没有填写完整，及存在还未填写的运行参数；b 填写的运行 参数包含错误或者无效数据。当上述情况发生时，界面应该通知用户，a 当前操 作出现错误；b 错误出现在什么位置上；c 如何处理出现的错误。 3 应用原因 很显然的是，当用户在操作过程中出现错误时，软件应该使用户清楚的意识 到错误发生了。为了做到这一点，一个独立的提示界面应该弹出，并应该将其置 1 3 电子科技大学硕士学位论文 于其他界面之上，使用户可以看见它。另外，提示界面还应该提供尽可能详实的 帮助信息来使用户修改错误，继续进行正确的操作使用。 2 2 框架技术 2 2 1 框架的定义 由于框架至今还没有形成一个完整而精确的定义，下面列出了针对框架的不 同侧重点给出的框架定义。 著名软件大师r a l p hj o h n s o n 对框架定义如下：框架是一种软件重用技术，它 是一个应用软件系统的部分或整体的可重用设计，具体表现为一组抽象类以及其 实例( 对象) 之间的相互作用方式。它是对于一个软件系统的全部或部分的可复 用设计口钔。j o h n s o n & f o o t e 在2 0 世纪8 0 年代末对框架的定义是：框架给出了一 组类的定义，其中包含了对一组应用的相应问题的抽象解决方案嘲。m a t t s s o n 对 框架的定义：框架是为最大化的重用而设计的体系结构，表现为一组抽象类和具 体类，类中封装的潜在行为可以通过继承得到具体的实现口引。北京大学杨芙清教 授从构件的角度认为：一个框架由一组协作构件组成，阐明了整个设计、构件间 依赖及成员构件的责任分布踟。 软件框架比较普遍的定义是，软件框架是项目软件开发过程中提取特定领域 软件的共性部分形成的体系结构，不同领域的软件项目有着不同的软件框架类型。 框架的作用：由于提取了特定领域软件的共性部分，因此在此领域内新项目的开 发过程中的代码不需要从头编写，只需要在框架的基础上进行一些开发和调整便 可满足要求；对于开发过程而言，这样做会提高软件的质量，降低成本，缩短开 发时间。s m a l l t a l k 。8 0 开发环境中的m o d e l v i e w c o n t r o l l e r ( m v c ) 用户界面( u s e r i n t e r f a c e ，u i ) 框架嘲1 ，被认为是第一个得