一種基于元數(shù)據(jù)的MVC模型實現(xiàn)

張名明 凌旺 宮斌

（中國船舶重工集團公司第七二三研究所 江蘇省揚州市 225011）

在程序設計領域，處理數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)通常占據(jù)了程序開發(fā)中大部分的工作量，而且后期為了適應不同或變化的數(shù)據(jù)，往往需要新增或修改流程已達成對變更和新數(shù)據(jù)的處理和顯示能力。通過對其中一些中小規(guī)模的程序，比如BIT 可視化程序在業(yè)務邏輯和業(yè)務規(guī)則比較穩(wěn)定的情況下，元數(shù)據(jù)技術可用來描述程序中的數(shù)據(jù)邏輯，固化相關的業(yè)務規(guī)則，在程序運行時就可以通過改變數(shù)據(jù)來改變程序的行為。同時運用MVC 模式開發(fā)程序，方便分離數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)和視圖元數(shù)據(jù)，降低程序的復雜性，并提升維護性。

本文將簡述元數(shù)據(jù)技術和MVC 模式，并以此為基礎介紹在BIT 可視化程序中的應用，包括開發(fā)技術的介紹和討論，以及相應的設計實現(xiàn)。

1 元數(shù)據(jù)技術在MVC模式中應用

1.1 元數(shù)據(jù)技術和MVC模式簡述

元數(shù)據(jù)，英文中表示為Metadata，主要用來表述數(shù)據(jù)的屬性、結構和內容間的關系信息。在面向對象的程序設計范疇，元數(shù)據(jù)被解釋為：不能進行結構變更，只能通過改變賦值來變更程序行為的數(shù)據(jù)。在程序中元數(shù)據(jù)始終值用來解釋程序的行為，而且通過對不定位置的元素進行不同賦值還可以等價原程序行為[1]。

MVC 模式是軟件工程中的一種軟件框架模式，它把軟件系統(tǒng)分為模型(Model)，視圖(View)和控制器(Control)三個基本部分[2]。用一種業(yè)務邏輯、數(shù)據(jù)、界面顯示分離的方法組織代碼，將業(yè)務邏輯聚集到一個部件里面，在改進和個性化定制界面及用戶交互的同時，不需要重新編寫業(yè)務邏輯。此模式通過對復雜度的簡化，使程序結構更加直觀。

1.2 元數(shù)據(jù)技術在MVC模式中的使用

MVC 模式中的模型用于處理應用程序中的數(shù)據(jù)邏輯部分，應用程序中的數(shù)據(jù)一般包括業(yè)務數(shù)據(jù)和業(yè)務規(guī)則兩部分，對于小規(guī)模的程序和業(yè)務邏輯比較明確的應用程序，可以采用元數(shù)據(jù)對業(yè)務數(shù)據(jù)和業(yè)務規(guī)則進行描述，如圖1所示，具體的步驟是：

（1）通過對數(shù)據(jù)邏輯進行分類，找到同類的數(shù)據(jù)。

（2）對同類的數(shù)據(jù)進行抽象、建模，采用元數(shù)據(jù)的形式對該模型進行描述，形成統(tǒng)一的自描述的結構體。

（3）利用該統(tǒng)一的結構體，對不同的數(shù)據(jù)類型進行實例化，使每類數(shù)據(jù)都有一條對應的元數(shù)據(jù)描述。

同樣對于視圖(View)中的同類顯示元素也可以抽象成統(tǒng)一的結構體，并用元數(shù)據(jù)進行描述。在模型數(shù)據(jù)和視圖數(shù)據(jù)都可以被元數(shù)據(jù)描述后，再將兩者間的關系也用元數(shù)據(jù)映射進行描述，比如將某類數(shù)據(jù)中的某段數(shù)據(jù)映射到某類視圖中的某個元素進行顯示，這種多對多的映射可以滿足各類模型數(shù)據(jù)的可視化需求。

圖1：使用元數(shù)據(jù)對模型建模的步驟

1.3 在MVC模式中使用元數(shù)據(jù)技術的分析

MVC 模式將視圖層和數(shù)據(jù)層分離，原本就具備耦合性低，重用性高，部署快,維護性高成本低等優(yōu)點，但同時也存在一些不足，比如增加系統(tǒng)結構和實現(xiàn)的復雜性，將花費大量時間將MVC 模式應用到小型、中等規(guī)模的應用程序通常會得不償失。但從另一個角度分析，正是因為小型、中等規(guī)模的應用程序業(yè)務邏輯較清晰，適合運用元數(shù)據(jù)技術對業(yè)務規(guī)則和顯示邏輯進行建模，實現(xiàn)一套數(shù)據(jù)驅動的應用程序，最大化應用程序的重用性，從而彌補采用MVC模式造成較高成本的缺陷。

2 基于元數(shù)據(jù)的BIT可視化MVC模型實現(xiàn)

2.1 BIT可視化需求分析

機內測試，簡稱BIT(Built-In-Test)，是提高電路系統(tǒng)可測試性而提高系統(tǒng)工作可靠性，減少系統(tǒng)維護費用的關鍵技術[3]。相對于復雜的大系統(tǒng)，BIT 檢測系統(tǒng)可以算是一個中小型系統(tǒng)，而BIT 可視化則是其中一個重要的組成部分，優(yōu)秀的BIT 可視化設計可以提高診斷能力，簡化設備維修，提高維修性，降低總體費用，延長產(chǎn)品的壽命。

優(yōu)秀的BIT 可視化設計包括以下幾個方面：

（1）采用豐富的展示形式，使用狀態(tài)燈，狀態(tài)框圖，按鈕，狀態(tài)圖片等狀態(tài)元素，給用戶更直觀地展示元件的狀態(tài)。

（2）采用多層級的展示方式，按照如設備級，機柜級，板卡級等多層級的展示方式，使用戶可以更便捷地在各級間進行切換。同時盡量展示形式盡量設備內的真實布局，也可以使用戶對設備的布局結構有更深入的了解，也能更快速地定位問題。

表1：自定義插件功能表

（3）采用界面和數(shù)據(jù)分離的設計原則，開發(fā)一套可擴展的BIT 可視化程序框架，定義好BIT 可視化的流程和設計規(guī)范，后續(xù)開發(fā)者可以在這套框架上自由的設計和組合BIT 界面。

2.2 實現(xiàn)技術選擇

在基于元數(shù)據(jù)的MVC模型實現(xiàn)技術上采用QT平臺進行開發(fā)，首先QT 不光提供了一套控件方便開發(fā)者設計出一套精美的用戶界面。還構建了一套支持擴展QT 設計器的插件架構，以及相關的QtDesigner 模塊用于創(chuàng)建可以加載到設計器中的自定義插件，以及相關用于訪問設計器功能的類。

QT 的顯示框架包括了三個重要的部件：用戶界面文件，界面生成引擎，界面設計器，這三個部件，可以很方便的對BIT 界面進行設計，ui 文件作為BIT 界面的顯示模板，在運行時可以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)顯示相應的BIT 狀態(tài)。

2.3 基于元數(shù)據(jù)的MVC模型設計

2.3.1 整體框架

在BIT 可視化程序的框架設計中采用MVC 模式進行框架設計，分為Model，View，Controller 三個層次組成，Model 層負責維護BIT 可視化程序的數(shù)據(jù)結構，并提供數(shù)據(jù)的存儲和查詢功能，包含MsgModel，PageModel 和Service 三個類。View 層負責維護每個BIT 可視化頁面，包含Page 和UIContainManager 兩個類。Control層負責聯(lián)系Model 和View 層，提供不同BIT 頁間的導航以及各種事件的響應功能，包含Router 類。

2.3.2 Model 層

Model 層根據(jù)報文，將設備不同層級的BIT 數(shù)據(jù)映射為Message 數(shù)據(jù)結構。對外通過Service 類提供數(shù)據(jù)，Service 類提供獲取每個Message 中數(shù)據(jù)項的接口，并提供標準的數(shù)據(jù)變化通知消息。

Model 層中提供MsgModel 類作為對BIT 數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)管理類，它使用XML 進行元數(shù)據(jù)的配置，包含報文名稱，字段名稱，是否Bit，字段大小，字段默認值等屬性。

Model 層在提供PageModel 類，用于管理BIT 數(shù)據(jù)和界面(Page)間的元數(shù)據(jù)映射，它對應的元數(shù)據(jù)映射配置文件格式，包含：頁面名稱，控件名稱，控件屬性，報文名稱，報文字段等屬性。

Model 層中提供RulerModel 類用于配置各報文中的固定字段，輔助BIT 程序過濾出具體的報文。

最后Model 層通過Service 類完成對以上三個類的管理，并對外提供對內部BIT 數(shù)據(jù)的存儲功能。

2.3.3 View 層

View 層中每個QWidget 界面都是一個容器，通過QT 的界面生成引擎生成，根據(jù)界面配置ui 文件生成具體的頁面，包含設計頁面的相關控件，并對每個元素包含相關的屬性，并能夠響應具體的事件。Page 類主要記錄QWiget 中沒有BIT 可視化元素的索引，以方便對其進行查詢和賦值。UiContainManager 類則通過名稱記錄了Page 的索引，以方便管理Page 集合。

UIContainManager 類負責加載每個ui 文件，生成對應的頁面，并對頁面中需要動態(tài)設置的控件建立索引，具體的加載流程為首先讀取ui 文件夾文件，將每個ui 文件依次生成對應的Page，并對Page 中的控件書進行索引，記錄導航、板塊狀態(tài)、狀態(tài)燈以及狀態(tài)圖片插件的索引。

View 層中的自定義插件主要分為四種，對應的功能如表1所示。

2.3.4 Control 層

Control 層通過Router 類進行管理，通過對Model 和View 層的功能調用，提供不同BIT 頁間的導航以及各種事件的響應功能。

當加載一個頁面時，先對頁面上的導航插件進行事件綁定，注冊它們的點擊事件，然后根據(jù)pageModel 中的映射關系，將數(shù)據(jù)更新到page 中，并激活對應的page 進行顯示。

3 結論

使用基于元數(shù)據(jù)的MVC 模型設計的BIT 可視化模塊，為BIT檢測提供了更靈活的BIT 界面布局和豐富的設計元素，極大的擴充了BIT 可視化的能力。同時基于QT 功能提供的BIT 可視化功能設計，實現(xiàn)了界面和業(yè)務邏輯的分離，為用戶行為設計師和開發(fā)人員并行工作提供了可能，為BIT 可視化模塊的模塊化，通用化提供了重要支撐。