基于構(gòu)件的軟件復(fù)用及在GIS中的應(yīng)用

李瑞華，李 霞

(1.陽(yáng)泉師范高等?？茖W(xué)校，河北 陽(yáng)泉 045200;2河北省石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院 信息工程學(xué)院，河北 石家莊 050031)

1 引言

“保證軟件質(zhì)量”和“提高軟件開發(fā)效率”是軟件工程的主要目標(biāo)，軟件工程領(lǐng)域的很多新技術(shù)、新方法、新工具的出現(xiàn)都是為了達(dá)到這兩個(gè)目標(biāo)，軟件復(fù)用技術(shù)就是其中主要的技術(shù)之一.近十幾年來(lái)，軟件復(fù)用研究重新成為熱點(diǎn)，被視為解決軟件危機(jī)，提高軟件生產(chǎn)效率和質(zhì)量的現(xiàn)實(shí)可行的途徑[1].其實(shí)程序設(shè)計(jì)出現(xiàn)后人們就有了復(fù)用的思想，隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)的發(fā)展，把軟件復(fù)用技術(shù)推向一個(gè)發(fā)展高潮.軟件復(fù)用的關(guān)鍵技術(shù)有很多，其中最主要、最核心的就是構(gòu)件技術(shù)[2].構(gòu)件是應(yīng)用系統(tǒng)中可以明確辨識(shí)的構(gòu)成成份，而可復(fù)用構(gòu)件是具有相對(duì)獨(dú)立的功能和可復(fù)用價(jià)值的構(gòu)件[3].構(gòu)件化的軟件開發(fā)過程可以提高軟件復(fù)用程度，提高開發(fā)效率，并且便于維護(hù)，提高質(zhì)量.

隨著計(jì)算機(jī)的普及以及地理信息科學(xué)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System，GIS)因其強(qiáng)大的功能得到日益廣泛和深入的應(yīng)用，因此GIS的開發(fā)工作日益重要[4].如何利用現(xiàn)有資源和開發(fā)工具開發(fā)出高效實(shí)用的地理信息產(chǎn)品，以滿足不同行業(yè)的需求，是需要思考和亟待解決的問題.本文討論了構(gòu)件式軟件復(fù)用技術(shù)在GIS開發(fā)中的應(yīng)用.

2 軟件復(fù)用

1968年NATO軟件工程會(huì)議，Mcllroy在提交會(huì)議的論文《大量生產(chǎn)的軟件構(gòu)件》中，提出了“軟件組裝生產(chǎn)線”的思想.從那以后，采用構(gòu)件技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用，采用“搭積木”的方式生產(chǎn)軟件，成為軟件開發(fā)人員長(zhǎng)期的夢(mèng)想.

軟件復(fù)用是指兩次或多次不同的軟件開發(fā)過程中重復(fù)使用相同或相似軟件元素的過程.軟件元素包括程序代碼、測(cè)試案例、設(shè)計(jì)文檔、設(shè)計(jì)過程、需求分析文檔甚至領(lǐng)域知識(shí).軟件復(fù)用是在軟件開發(fā)中避免重復(fù)勞動(dòng)的解決方案，其出發(fā)點(diǎn)是應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)不再采用一切“從零開始”的模式，而是采用過去應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中積累的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，從而將開發(fā)的重點(diǎn)集中于應(yīng)用的特有構(gòu)成部分.

從20世紀(jì)60年代后期的第一次“軟件危機(jī)”，到20世紀(jì)80年代中后期的第二次“軟件工程危機(jī)”，發(fā)展到現(xiàn)在，軟件系統(tǒng)的規(guī)模、復(fù)雜度不斷提高，軟件的生成效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也不斷提高；因此如何找到有效的軟件生產(chǎn)方式，保證軟件產(chǎn)品質(zhì)量、提高軟件生成效率已經(jīng)是非常棘手的問題.軟件復(fù)用的出現(xiàn)使得軟件的開發(fā)真正工程化、工業(yè)化.在早期的結(jié)構(gòu)化軟件分析時(shí)代，軟件復(fù)用由于受到技術(shù)發(fā)展水平的限制，常常局限在代碼層次或者函數(shù)包的復(fù)用.隨著技術(shù)的變革，包括面向?qū)ο笳Z(yǔ)言和方法帶來(lái)的更好的面向應(yīng)用領(lǐng)域的抽象能力、各種分布式構(gòu)件方法與標(biāo)準(zhǔn)的提出、過程方法的成熟，軟件復(fù)用的技術(shù)越來(lái)越成熟，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛.

軟件復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，軟件復(fù)用提高了軟件生產(chǎn)率，保證了軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)也提高了軟件產(chǎn)品的可維護(hù)性，降低了開發(fā)成本，避免開發(fā)人員的重復(fù)勞動(dòng)，節(jié)約了人力、物力和財(cái)力.軟件復(fù)用是現(xiàn)代軟件工程的一個(gè)主要目標(biāo)，因此軟件工程領(lǐng)域的很多新技術(shù)都是為了實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用，提高軟件工程開發(fā)效率.實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用的主要技術(shù)有：軟件構(gòu)件技術(shù)、軟件構(gòu)架技術(shù)、開放系統(tǒng)技術(shù)、領(lǐng)域工程、軟件再工程技術(shù)、CASE技術(shù)、軟件過程管理等[5].

3 構(gòu)件技術(shù)

構(gòu)件是一個(gè)高內(nèi)聚的、通過一組約定的接口完成明晰的功能、符合業(yè)界認(rèn)可的模型標(biāo)準(zhǔn)的、可復(fù)用軟件包.構(gòu)件是可復(fù)用的軟件組成成份，可被用來(lái)構(gòu)造其他的軟件.

構(gòu)件的基本特征有：可復(fù)用性、自包含性、一致性、耦合性、內(nèi)聚性和適應(yīng)性.其中可復(fù)用性包括有用性(Usefulness)和易用性(Usability).有用性指構(gòu)件完成的功能是有用的，也就是其功能可出現(xiàn)在很多應(yīng)用軟件中.易用性指構(gòu)件要有很好的包裝，能方便地使用它.

構(gòu)件的分類有很多種，按照開發(fā)過程可分為：分析件、設(shè)計(jì)件、程序件和數(shù)據(jù)件.按功能分為：基礎(chǔ)層的基本數(shù)據(jù)類構(gòu)件和系統(tǒng)支撐構(gòu)件、中間層的各種通用中間件、頂層的針對(duì)領(lǐng)域的專用構(gòu)件.按使用方式分為：白盒構(gòu)件和黑盒構(gòu)件.另外還有各種專用的商業(yè)構(gòu)件.

軟件構(gòu)件化就是要讓軟件開發(fā)像機(jī)械制造工業(yè)一樣，可以用各種標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)的零件來(lái)進(jìn)行組裝，或者像建筑業(yè)一樣，用各種建筑材料搭建成各式各樣的建筑.軟件構(gòu)件化和集成技術(shù)的目標(biāo)是：軟件可以由不同廠商提供，用不同語(yǔ)言開發(fā)，在不同硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的軟件構(gòu)件，可以方便地、動(dòng)態(tài)地集成.

4 基于構(gòu)件的軟件復(fù)用技術(shù)及其在GIS開發(fā)中的應(yīng)用

4.1 基于構(gòu)件的軟件復(fù)用技術(shù)

軟件構(gòu)件技術(shù)(Software Component Technology)是支持軟件復(fù)用的核心技術(shù).可復(fù)用構(gòu)件是指具有相對(duì)獨(dú)立的功能和可復(fù)用價(jià)值的構(gòu)件，可以使被封裝的對(duì)象類、類樹、一些功能模塊、軟件框架、軟件架構(gòu)、文檔、分析件、設(shè)計(jì)模式等.但是基于構(gòu)件的軟件復(fù)用更多的是指的狹義上的滿足某些特征的軟件模塊，這些特征包括具有明確的功能邊界、規(guī)約化的接口、可獨(dú)立構(gòu)造和部署等.軟件復(fù)用包括兩個(gè)相關(guān)過程：

第一步：可復(fù)用軟件(構(gòu)件)的開發(fā)(Development for Reuse).

要解決的主要問題有：如何定義一個(gè)新的構(gòu)件；構(gòu)件之間的相互通信、數(shù)據(jù)共享必須符合的標(biāo)準(zhǔn)；構(gòu)件的分類、構(gòu)件庫(kù)的管理等.

第二步：基于可復(fù)用軟件(構(gòu)件)的應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)造(集成和組裝)(Development with Reuse).

要解決的主要問題有：可復(fù)用構(gòu)件的檢索；已有構(gòu)件在應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)造過程中如何集成和裝配；基于構(gòu)件的系統(tǒng)開發(fā)如何與非構(gòu)件化的系統(tǒng)進(jìn)行集成，如何實(shí)現(xiàn)它們之間的過渡和轉(zhuǎn)變.

4.2 GIS開發(fā)中的軟件復(fù)用技術(shù)應(yīng)用

目前GIS開發(fā)模式可分為4種:①利用VC++，VB等程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言進(jìn)行基礎(chǔ)開發(fā);②借助GIS軟件商提供的二次開發(fā)工具，如MapInfo的MapBasic等開發(fā);③采用OLE自動(dòng)化進(jìn)行GIS軟件開發(fā);④利用組件技術(shù)開發(fā).

組件式GIS軟件開發(fā)是目前較為流行、高效和快速的開發(fā)模式.可以說(shuō)組件式GIS軟件開發(fā)模式就是采用了軟件復(fù)用技術(shù)，這里的組件就是構(gòu)件.

利用軟件復(fù)用開發(fā)GIS的過程：

第一步：可復(fù)用構(gòu)件的開發(fā).

在GIS領(lǐng)域里，已經(jīng)有可以檢索到的商業(yè)可復(fù)用構(gòu)件，常用的有MapInfo公司的MapX，ESRI公司的Map-Object，Blue Marble Geographics公司的Geo-View，Visual Component公司的GeoPoint和Intergraph公司的Geomedia等.其中，MapX的功能較強(qiáng)，性價(jià)比較高.除了這些構(gòu)件外，在GIS開發(fā)過程中，我們還可以根據(jù)功能、應(yīng)用領(lǐng)域等開發(fā)可以復(fù)用的構(gòu)件，比如：可以把大部分GIS地圖操作中的鷹眼功能開發(fā)為一個(gè)獨(dú)立的構(gòu)件，還可以把智能交通系統(tǒng)中常用的測(cè)距、地點(diǎn)查找等功能模塊，開發(fā)獨(dú)立的可以復(fù)用的構(gòu)件.另外在開發(fā)構(gòu)件過程中，還要注意這些構(gòu)件之間能夠通信，也就是說(shuō)要符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并且能夠適用于不同的開發(fā)平臺(tái)，這樣才能保證構(gòu)件的通用性.這些構(gòu)件開發(fā)完成后，可以對(duì)外公布標(biāo)準(zhǔn)接口，放到構(gòu)件庫(kù)中以便可以檢索使用.

第二步：基于可復(fù)用構(gòu)件的GIS軟件開發(fā).

隨著長(zhǎng)時(shí)間的積累，GIS構(gòu)件庫(kù)就會(huì)越來(lái)越豐富，在GIS軟件開發(fā)中，我們就可以在構(gòu)件庫(kù)中根據(jù)需要檢索相應(yīng)的構(gòu)件，然后掌握這些構(gòu)件對(duì)外提供的標(biāo)準(zhǔn)接口，最后把這些構(gòu)件在開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行集成和裝配，另外，還要注意構(gòu)件式的開發(fā)與非構(gòu)件式開發(fā)之間的如何集成.我們可能在GIS領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)真正的基于構(gòu)件的復(fù)用技術(shù)的軟件開發(fā)，可以縮短開發(fā)周期，降低成本，可以脫離大型商業(yè)GIS軟件平臺(tái)獨(dú)立運(yùn)行，并且對(duì)開發(fā)者的GIS專業(yè)背景要求不高.因此，能夠推動(dòng)基于構(gòu)件的軟件復(fù)用開發(fā)方法的推廣，這也將會(huì)是一個(gè)非常好的良性循環(huán).

5 小結(jié)

軟件復(fù)用是軟件工程開發(fā)過程工程化、工業(yè)化發(fā)展的主要技術(shù)之一，能夠提高軟件開發(fā)效率、降低開發(fā)和維護(hù)成本、提高軟件質(zhì)量.軟件構(gòu)件技術(shù)是實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用的核心技術(shù)，構(gòu)件化的軟件開發(fā)是未來(lái)軟件開發(fā)的主要方法.文中以GIS軟件開發(fā)為例，說(shuō)明了基于構(gòu)件的軟件復(fù)用開發(fā)方法在該領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，相信在不久的將來(lái)，軟件復(fù)用將得到更加廣泛的應(yīng)用，軟件開發(fā)將實(shí)現(xiàn)真正的工程化、工業(yè)化的生產(chǎn).

參考文獻(xiàn)：

[1]楊芙清，梅宏，李克勤.軟件復(fù)用與軟件構(gòu)件技術(shù)[J].電子學(xué)報(bào)，1999，27(2):68-75.

[2]武偉，張明新.基于構(gòu)件的軟件復(fù)用技術(shù)應(yīng)用研究[J].山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，25(1):8-10.

[3]楊芙清，王千祥，梅宏.基于復(fù)用的軟件生產(chǎn)技術(shù)[J].中國(guó)科學(xué)，2001，31(4):721-732.

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[5]PRESSMAN R S.Software engineering：a practitioner's approach[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.