BREW平臺(tái)中接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 茜，張繼榮

（西安郵電學(xué)院，陜西 西安 710061）

如今，手機(jī)已不是簡單的語音通信工具，它已逐漸發(fā)展成為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開發(fā)應(yīng)用的平臺(tái)。在這種情況下，高通公司推出了一個(gè)新的BREW （BinaryRuntime Environment for Wireless）平臺(tái)。BREW平臺(tái)的出現(xiàn)使手機(jī)像電腦一樣，可以應(yīng)用更多的第三方軟件，滿足人們不同的需求，為用戶提供更多的服務(wù)。

在手機(jī)軟件開發(fā)中，許多問題都需要使用C++中面向?qū)ο蟮姆椒▉韺?shí)現(xiàn)，以提高代碼的可重用性、程序的模塊化及健壯性；為了滿足用戶對(duì)新數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求，移動(dòng)設(shè)備制造商也希望不重新開發(fā)專有的軟件平臺(tái)，就可以快速提供新業(yè)務(wù)，以降低移動(dòng)設(shè)備的技術(shù)門檻和產(chǎn)品上市門檻。

高通公司推出的BREW平臺(tái)，為無線設(shè)備設(shè)計(jì)專門提供了一個(gè)高效的應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境及開發(fā)平臺(tái)。在BREW平臺(tái)，用C語言開發(fā)應(yīng)用程序可以達(dá)到C++的設(shè)計(jì)效果，而不需要開發(fā)專用的軟件平臺(tái)，又提高了程序開發(fā)的效率和新業(yè)務(wù)開發(fā)的速度。

本文通過一個(gè)例子，闡述BREW中如何實(shí)現(xiàn)接口的聲明和實(shí)現(xiàn)的分離來達(dá)到面向?qū)ο蟮奶匦?，提高代碼的可重用性、健壯性以及其可擴(kuò)展性和易于管理的特性。

1 BREW接口的實(shí)現(xiàn)

1.1 BREW平臺(tái)簡介

BREW 的全稱是無線二進(jìn)制運(yùn)行環(huán)境。從基本的層面而言，BREW 平臺(tái)就是手持設(shè)備上嵌入式芯片操作系統(tǒng)的接口或抽象層，可以將它看作是 PC 環(huán)境下Microsoft Windows的 Win32 API。BREW 平臺(tái)是一組用于本地執(zhí)行而編譯并鏈接的二進(jìn)制庫，優(yōu)化后能使應(yīng)用程序利用無線服務(wù)和資源，控制流出或流入應(yīng)用程序的事件流，能根據(jù)相應(yīng)的事件啟動(dòng)、停止、中止或恢復(fù)應(yīng)用程序。BREW 執(zhí)行環(huán)境在運(yùn)行時(shí)可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用程序和任何相關(guān)的擴(kuò)展[1]。

1.2 嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1是分散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。從圖1中可以看出，SDK需要使用運(yùn)行平臺(tái)的接口聲明來開發(fā)應(yīng)用程序，運(yùn)行平臺(tái)負(fù)責(zé)根據(jù)用戶的輸入啟動(dòng)應(yīng)用程序，而應(yīng)用程序則通過運(yùn)行平臺(tái)的接口調(diào)用運(yùn)行平臺(tái)的函數(shù)庫來實(shí)現(xiàn)功能[2]。

圖1 分散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

假設(shè)程序運(yùn)行到了需要調(diào)用平臺(tái)函數(shù)的時(shí)候，由于當(dāng)前的應(yīng)用程序是開發(fā)者使用SDK開發(fā)的，就像平臺(tái)不知道應(yīng)用程序的地址一樣，應(yīng)用程序也不知道平臺(tái)函數(shù)的地址，因此，所面臨的問題就是怎樣能夠知道應(yīng)用程序中所調(diào)用的平臺(tái)函數(shù)的地址。雖然SDK中可以提供運(yùn)行平臺(tái)中每個(gè)函數(shù)的地址，但是因?yàn)槠脚_(tái)會(huì)經(jīng)常升級(jí)，導(dǎo)致每個(gè)函數(shù)的鏈接地址不固定，因此在平臺(tái)升級(jí)時(shí)，SDK和應(yīng)用程序都需要同時(shí)升級(jí)。這樣就不能實(shí)現(xiàn)“分散式”的升級(jí)了，這種程序的運(yùn)行方式也就沒有任何意義了。為解決分散式系統(tǒng)分散式升級(jí)的問題，BREW提供了一個(gè)機(jī)制來解決應(yīng)用程序調(diào)用函數(shù)的問題。

如果在開發(fā)過程中使用運(yùn)行平臺(tái)的接口聲明，而在運(yùn)行時(shí)應(yīng)用程序使用真正的二進(jìn)制接口，并在二進(jìn)制層面調(diào)用接口函數(shù)[3]。則無論是SDK還是應(yīng)用程序都與接口相關(guān)，解決這個(gè)問題的方式就是讓接口和接口的實(shí)現(xiàn)之間分離。下面介紹BREW中的接口是如何實(shí)現(xiàn)的。

1.3 軟件開發(fā)和C語言

在C語言中，C語言庫的開發(fā)商開發(fā)了一個(gè)算法來實(shí)現(xiàn)字符串的搜索，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，軟件廠商生成了一個(gè)頭文件FastString.h[4]，內(nèi)容如下：

在BREW 接口中共有 4個(gè)接口：CreateObject、Release、GetLength、和 Search。CreateObject用來創(chuàng)建 IFastString接口，Release用來釋放接口的資源，GetLength用來獲取字符串長度，Search用來查找字符串。一般地，這個(gè)庫的使用者會(huì)將.lib庫鏈接到自己的工程中，通過接口聲明的頭文件來使用庫中的函數(shù)。這樣，庫函數(shù)將成為客戶應(yīng)用程序中的一部分。

假設(shè)FastString庫占用了1 MB的空間，如果4個(gè)程序中都調(diào)用了這個(gè)接口，則FastString接口將會(huì)占用4 MB的空間，也就是說有3 MB的空間浪費(fèi)掉子。圖2是多個(gè)程序調(diào)用FastString庫的示意圖。另外，如果庫廠商發(fā)現(xiàn)接口有缺陷，又沒有辦法替換已經(jīng)存在的缺陷代碼，一旦FastString接口鏈接到代碼中，就不可能在用戶設(shè)備上替換這部分代碼。因此，庫廠商不得不重新為每個(gè)應(yīng)用程序的開發(fā)者廣播發(fā)布新的庫文件，并希望他們重新編譯程序來使用新的代碼。這在嵌入式系統(tǒng)中是不可能的。因?yàn)樵谶@里FastString的角色就是運(yùn)行平臺(tái)，不可能每個(gè)應(yīng)用程序都包含一個(gè)運(yùn)行平臺(tái)。解決這個(gè)問題的一種技術(shù)是使用動(dòng)態(tài)鏈接庫技術(shù)將FastString包含起來。

圖2 多個(gè)程序使用FastString庫

1.4 動(dòng)態(tài)鏈接庫

動(dòng)態(tài)鏈接庫技術(shù)的典型應(yīng)用是Windows操作系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)鏈接庫[4]。這種方法是將FastString源文件編譯成特殊的二進(jìn)制文件，并強(qiáng)迫FastString將所有的接口從二進(jìn)制文件中引用出去，建立相應(yīng)的引出表，以便于在運(yùn)行時(shí)把每個(gè)接口的名字映射到對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制接口地址上。同時(shí)還需要為使用者生成相應(yīng)的引入庫，使用者通過引入庫可以獲取每個(gè)接口的符號(hào)。當(dāng)客戶鏈接引入庫時(shí)，這些符號(hào)信息會(huì)加入到當(dāng)前的可執(zhí)行文件中，運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)加載二進(jìn)制庫文件，并在執(zhí)行時(shí)調(diào)用相應(yīng)的程序。這樣，即使多個(gè)程序調(diào)用FastString接口，F(xiàn)astString代碼也只需要一份，而且如果發(fā)現(xiàn)FastString代碼有缺陷時(shí)，可以更新FastString二進(jìn)制組件而不影響應(yīng)用程序。圖3是使用動(dòng)態(tài)鏈接庫時(shí)多個(gè)程序調(diào)用FastString庫的示意圖。

圖3 多個(gè)程序使用FastString庫

1.5 虛擬函數(shù)表

但是在嵌入式系統(tǒng)中一般不支持動(dòng)態(tài)鏈接庫技術(shù)，因此在 BREW 中，采用虛擬函數(shù)表（VTBL）技術(shù)[4]實(shí)現(xiàn)接口和接口的分離。

下面是新版本的FastString的頭文件：

首先對(duì)FastString程序作一說明：在FastString頭文件里定義了IFastString和IFastStringVtbl兩個(gè)類型。IFastStringVtbl類型是虛擬函數(shù)表類型，IFastString中包含了指向虛擬函數(shù)表類型的指針。在接口定義時(shí)，使用（（IFastString）p-＞pvt）調(diào)用虛擬函數(shù)表中的函數(shù)指針，這說明了如果要使用接口就必須先要提供IFastString的指針類型?？梢钥闯觯琑elease、GetLength和 Find已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在 C語言定義的接口和實(shí)現(xiàn)函數(shù)之間的分離。

源文件FastString.c如下：

CFastString結(jié)構(gòu)體中有IFastStringVtbl類型的指針，而且這個(gè)指針在結(jié)構(gòu)體的最頂部。另外還發(fā)現(xiàn)在IFastString結(jié)構(gòu)體的最頂部也包含了IFastStringVtbl的指針，即CFastString是IFastString的超集。從而可以看出，CreateObject函數(shù)中返回的IFastString指針其實(shí)是指向CFastString的指針。在FastString.C源文件中還定義了一個(gè)IFastStringVtbl的變量gvtFastString，并為這個(gè)變量初始化成各個(gè)對(duì)應(yīng)的函數(shù)，這個(gè)變量就是虛擬函數(shù)表。虛擬函數(shù)表的示意圖如圖4所示。

可以發(fā)現(xiàn)，除了CreateObject成員之外，其余的三個(gè)成 員 函 數(shù) （IFastString_Release、IFastString_GetLength、IFastString_Find）都添加到了虛擬函數(shù)表中，而且這個(gè)虛擬函數(shù)表還可以隨著需求的增加而進(jìn)行無限擴(kuò)大，這樣只用了一個(gè)函數(shù)CreateObject就實(shí)現(xiàn)了無限多個(gè)接口與實(shí)現(xiàn)之間的分離。

由于用戶需要使用CreateObject來獲取IFastString指針，因此將其與實(shí)現(xiàn)分離的方法是：因?yàn)閼?yīng)用程序的啟動(dòng)過程，對(duì)于一個(gè)程序，無論是由main函數(shù)或者其他函數(shù)作為啟動(dòng)函數(shù)，都允許啟動(dòng)時(shí)傳遞參數(shù)，因此把這個(gè)CreateObject函數(shù)作為參數(shù)傳遞給應(yīng)用程序就可以了。至此應(yīng)用程序、接口和實(shí)現(xiàn)之間已經(jīng)分離了。

1.6 支持多個(gè)接口和接口的擴(kuò)展性

實(shí)現(xiàn)了接口和實(shí)現(xiàn)之間的分離，但一個(gè)平臺(tái)不會(huì)只有一個(gè)接口，還包含了其他用途的接口。但又不能把所有接口的CreateObject作為參數(shù)傳遞給應(yīng)用程序啟動(dòng)函數(shù)，所以要對(duì)現(xiàn)有接口進(jìn)行擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)只要傳遞一個(gè)參數(shù)就能創(chuàng)建多個(gè)接口的功能。就像設(shè)計(jì)模式里面的工廠模式，創(chuàng)建一個(gè)專門的類用來創(chuàng)建別的類。因此，本設(shè)計(jì)采用增加一個(gè)稱為Shell的接口來管理其他接口。

在Shell接口中，定義了CreateInstance接口函數(shù)，其代碼如下：其作用是通過參數(shù)nClassID來創(chuàng)建指定的接口實(shí)例。IShell_CreateObject函數(shù)用來創(chuàng)建Shell接口本身，然后再通過Shell接口來創(chuàng)建其他接口。也就是說，在應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)，先創(chuàng)建Shell接口，然后通過IShell_CreateInstance來創(chuàng)建其他接口。這樣，不但實(shí)現(xiàn)了接口的管理工作，而且方便了接口的擴(kuò)展。

本文通過一個(gè)例子介紹了BREW中接口的實(shí)現(xiàn)，說明使用虛擬函數(shù)表能夠?qū)崿F(xiàn)接口的聲明與實(shí)現(xiàn)的分離，從而當(dāng)平臺(tái)升級(jí)或修改接口時(shí)不會(huì)影響應(yīng)用程序，提高了CPU利用率，并使程序更加健壯。一個(gè)應(yīng)用程序會(huì)使用很多接口，而Shell接口可以用來創(chuàng)建其他接口，使BREW接口有了很大的擴(kuò)展性。使用C語言開發(fā)的BREW平臺(tái)具有面向?qū)ο蟮姆庋b性、繼承性和多態(tài)性。

[1]陳秀寓.基于brew平臺(tái)的多態(tài)機(jī)制實(shí)現(xiàn) [J].軟件工程師，2010（2）：104-106.

[2]趙建祥，高禮中.基于BREW的手機(jī)軟件模塊設(shè)計(jì)[J].儀儀器儀表用戶，2009（5）：47-49.

[3]費(fèi)寧.BREW實(shí)現(xiàn)機(jī)制深入分析[J].江蘇通信技術(shù)，2006（4）：15-17.

[4]焦玉海.深入 BREW 開發(fā)[EB/OL]（2005-10-04）[2011-10-01]http：//down.51cto.com/data/250317.