結(jié)構(gòu)化的配置文件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張名明 許坤 凌旺

摘要

軟件中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)常常需要保存到配置文件中，通常的配置文件格式如INI，XML在讀取和保存時(shí)存在對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)支持薄弱，易讀性差等種種問題，為了解決如上問題，通過設(shè)計(jì)一套支持結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的配置文件格式，并提供相關(guān)配置文件存取庫實(shí)現(xiàn)原理。新的配置文件格式和相應(yīng)實(shí)現(xiàn)原理提供了對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)針對(duì)性的設(shè)計(jì)，減少了不同系統(tǒng)對(duì)配置文件功能的重復(fù)開發(fā)，提高了軟件開發(fā)的效率并減小了缺陷率。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)化 配置文件 INIXML

軟件是由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法組成，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在軟件中是一個(gè)重要的組成部分，它是業(yè)務(wù)邏輯中數(shù)據(jù)的抽象，一個(gè)軟件往往由很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)承載了軟件業(yè)務(wù)邏輯中方方面面的數(shù)據(jù)，包括初始化數(shù)據(jù)，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)果數(shù)據(jù)等。其中初始化數(shù)據(jù)往往存在于配置文件中，通過修改其中的數(shù)據(jù)達(dá)到修改程序行為的目的。通常的實(shí)現(xiàn)思路是軟件利用INI或者XML格式的配置文件，實(shí)現(xiàn)一套解析的方法，并將解析后的數(shù)據(jù)填入初始化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中;寫入配置文件也一樣，先將數(shù)據(jù)從初始化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中取出，再依照INI或者XML的格式，將數(shù)據(jù)填入配置文件中。目前常用的處理方式存在大量重復(fù)的工作，需要有一種抽象層次更高的配置文件格式，以解決上述問題。

1 傳統(tǒng)配置文件分析

傳統(tǒng)的配置文件格式簡單直觀，技術(shù)較成熟，但也有一些不能避免的缺點(diǎn)：INI格式結(jié)構(gòu)單一，只能存儲(chǔ)簡單的鍵值對(duì)類型，缺乏靈活性，技術(shù)陳舊。XML格式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，沒有結(jié)構(gòu)化的描述，不易于讀寫，額外字符較多，文件體積較大。一般的配置文件讀取流程分為：

（1）準(zhǔn)備配置文件;

（2）解析配置文件;

（3）保存配置項(xiàng)到初始化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);

（4）使用配置項(xiàng)內(nèi)容，其中解析配置文件功能需要在已有INI或者XML讀寫庫上做二次開發(fā)，從前到后將解析到的配置項(xiàng)內(nèi)容保存到內(nèi)部初始化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，供后續(xù)的初始化流程使用。

通常這部分解析讀取流程需要大量重復(fù)的工作量，也容易引入錯(cuò)誤。故考慮設(shè)計(jì)一套抽象層次更高的配置文件格式，提供規(guī)定的語法，能夠滿足結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)格式的需求，并且具有簡單直接，易讀寫以及占用體積小等優(yōu)點(diǎn)。

2 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 配置文件格式分析

考慮到在高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言中，結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常是用類或者結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)，將一份配置文件設(shè)計(jì)為由一組配置項(xiàng)組成，每個(gè)配置項(xiàng)由配置項(xiàng)名稱與配置項(xiàng)內(nèi)容組成，每個(gè)配置項(xiàng)內(nèi)容可以由下面的任意一項(xiàng)構(gòu)成：

（1）矢量值：整形值，浮點(diǎn)型值，Bool值，字符串。

（2）數(shù)組：由一系列矢量值組成，數(shù)組中的每一項(xiàng)類型必須相同。

（3）組合：一個(gè)配置項(xiàng)的集合。

（4）列表：一系列的配置內(nèi)容組成，包括矢量值，數(shù)組，組合以及列表。

2.2 配置文件格式設(shè)計(jì)

在具體實(shí)現(xiàn)過程中，參考類C語言和Python類腳本語言的編程范式，并考慮到工程實(shí)踐的需求，將以上配置項(xiàng)需求設(shè)計(jì)成以下的格式：

（1）配置項(xiàng)格式，形式如：namevalue;其中name由字符，數(shù)字及下劃線組成，并以字母或下劃線開頭，value必須是a、b、c、d四種配置項(xiàng)內(nèi)容中的一種，

（2）組合配置項(xiàng)格式，形式如：{settings…}，組合配置項(xiàng)可以包含任意多個(gè)配置項(xiàng)，但每個(gè)配置項(xiàng)名稱必須唯一。

（3）數(shù)組配置項(xiàng)，形式如：[value，value…]，小數(shù)組配置項(xiàng)可以包含0或n個(gè)元素，每個(gè)元素都必須是類型相同的矢量值。

（4）列表配置項(xiàng)，形式如：（value，value一），數(shù)組配置項(xiàng)可以包含0或n個(gè)元素，每個(gè)元素可以a、b、c、d四中配置項(xiàng)內(nèi)容中的一種，且每個(gè)元素類型無需一致。

（5）整形配置項(xiàng)，包含兩種類型：1.包含可選前導(dǎo)符（‘+、‘-）的n個(gè)0-9數(shù)字;2.十六進(jìn)制字符，以‘0x作為前綴，接著n個(gè)十六進(jìn)制字符（‘01-‘9，‘A-‘F，‘a(chǎn)-‘f）。

（6）浮點(diǎn)型配置項(xiàng)，由n個(gè)數(shù)字和1個(gè)小數(shù)點(diǎn)組成，并包含一個(gè)可選前導(dǎo)符（‘+、‘-），以及一個(gè)可選的指數(shù)，指數(shù)由一個(gè)字符（‘e、‘E），一個(gè)可選的符號(hào)字符以及n個(gè)數(shù)字組成。

（7）Bool型配置項(xiàng)，由‘true或者‘false組成，或者其他大小寫混合的變種。

（8）字符串型配置項(xiàng)，由雙引號(hào)分隔的任意文本組成。文字雙引號(hào)可以通過在它們前面加上反斜杠來轉(zhuǎn)義：＼“'。轉(zhuǎn)義序列＼＼'，'＼f'，'＼n'，'＼r'和'＼t'也可被識(shí)別，并具有同C語言中的含義。

（9）注釋，包含三種類型：1.腳本風(fēng)格，以#開頭到行結(jié)尾的字符將作為注釋，2.C語言風(fēng)格，/*到*/之間的字符將作為是注釋，3.C++語言風(fēng)格，以‘//開頭到行結(jié)尾的字符將作為注釋。

通過以上a-i條語法規(guī)范定義的示例配置文件如下所示：

#Example application configuration file

version="1.01";

application=

{

Window{

title="My Application";

size={w=640;h=480;}：

pos={x=350;y=250;}：

};

list=（（"abc"，123，true），1.234，（/*anempty list*/））;

misc={

pi=3.141592654;

int=1234;

columns=["Last Name"，"FirstName"，"Mi"];

bitmask=0x1FC3;//hex

};

};

2.3 配置文件存取庫實(shí)現(xiàn)原理

配置文件的語法接近編程語言，故參考一般代碼的編譯方法，簡化后的配置文件存取庫實(shí)現(xiàn)詞法分析和語法分析兩個(gè)步驟。

在特定的編程語言平臺(tái)，利用通用的詞法分析和語法分析工具如Flex以及Bison等，通過導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的詞法分析和語法分析規(guī)則，可以比較方便地將配置文件一步一步轉(zhuǎn)換成配置項(xiàng)集合，配置項(xiàng)集合一般可以考慮通過各種編程語言通常會(huì)提供的Map結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，并額外增加配置項(xiàng)查詢，增加，修改和刪除方法，即可實(shí)現(xiàn)一套特定編程語言平臺(tái)的通用配置文件存取庫。

3 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)配置文件結(jié)構(gòu)化需求的分析，改進(jìn)后的配置文件格式具備較完善的結(jié)構(gòu)化特性，更接近程序語言，方便機(jī)器和人讀寫，彌補(bǔ)了舊式配置文件在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)時(shí)的不足，并且因?yàn)榕渲梦募袷街欢x了數(shù)值，不存在計(jì)算表達(dá)式，所以也不會(huì)有代碼注入等安全隱患。通過提供一份配置文件存取庫實(shí)現(xiàn)原理，使得軟件開發(fā)者只需要按照原理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一套對(duì)應(yīng)語言的配置庫模塊，就可以獲得結(jié)構(gòu)化配置方面所有的功能，并且該配置庫可以重復(fù)使用，減少了配置功能方面重復(fù)的工作量，提高了軟件開發(fā)的效率，也減少了缺陷率。

參考文獻(xiàn)

[1]周霞，彭文惠.XML技術(shù)與應(yīng)用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[2]劉艷春，洪曉慧.Struts2框架核心配置文件的研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013（02）.

[3]滕海坤，劉心聲，李倫彬.嵌入式Java編譯器的研究與設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2018（04）.