《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于XML和JAVA構(gòu)建程序生成器

2008-12-27
作者:馮少榮
1 引言
??? 程序生成器可以加快程序編碼產(chǎn)生的速度,產(chǎn)生規(guī)范和正確的代碼,編寫(xiě)一個(gè)程序生成器,它意味著不僅僅是寫(xiě)一個(gè)程序,而是要寫(xiě)一個(gè)可以寫(xiě)出許多程序的程序。在用戶(hù)界面、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件、語(yǔ)法分析" title="語(yǔ)法分析">語(yǔ)法分析和詞法分析等方面,程序生成器是其開(kāi)發(fā)環(huán)境中的重要部分。程序生成器的思想已經(jīng)使用了很多年了。比如:
. 語(yǔ)法分析器:語(yǔ)法分析器讀入一個(gè)標(biāo)記序列,并且創(chuàng)建一個(gè)稱(chēng)為語(yǔ)法樹(shù)的描述信息的數(shù)據(jù)
結(jié)構(gòu)。典型的為UNIX使用程序yacc,它讀入一個(gè)語(yǔ)言的形式描述(用某種語(yǔ)法表示)連同看
作是語(yǔ)法規(guī)則的動(dòng)作,然后輸出一個(gè)語(yǔ)法分析器程序。
. 有限狀態(tài)機(jī):可以用顯示不同狀態(tài)、事件及狀態(tài)轉(zhuǎn)移的表和(或)圖對(duì)程序進(jìn)行描述和說(shuō)明。
典型的為UNIX實(shí)用程序lex,就是一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)的程序生成器,并且用yacc來(lái)解析語(yǔ)言
的標(biāo)記。
. 用戶(hù)界面:現(xiàn)在大多數(shù)代碼都是由GUI構(gòu)造器和直觀的編程工具自動(dòng)生成。
. 數(shù)據(jù)庫(kù)中的程序生成器:給出數(shù)據(jù)表、關(guān)系、事務(wù)邏輯及報(bào)表模式的描述,就能生成依照指定的規(guī)格構(gòu)造的數(shù)據(jù)庫(kù)程序。如:報(bào)表生成器、菜單生成器、屏幕生成器等。
. Web頁(yè)面生成:Java服務(wù)器頁(yè)面JSP是一種在Web上創(chuàng)建動(dòng)態(tài)內(nèi)容的工具。
??? 而XML作為一種完全可移植的數(shù)據(jù)格式,將成為跨平臺(tái)的不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及數(shù)據(jù)顯示、描述的標(biāo)準(zhǔn)。Java具有面向?qū)ο?、跨平臺(tái)、分布式、簡(jiǎn)捷、健壯、安全等特點(diǎn),功能強(qiáng)大且簡(jiǎn)單易學(xué),正在逐步成為新一代網(wǎng)絡(luò)編程的主要開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,Java將是網(wǎng)絡(luò)上的“世界語(yǔ)”,今后所有用其它語(yǔ)言編寫(xiě)的軟件統(tǒng)統(tǒng)都要用Java語(yǔ)言來(lái)改寫(xiě)。XML和Java的結(jié)合對(duì)已有的程序生成器技術(shù)提供了新的應(yīng)用背景,并且兩者相互協(xié)調(diào)補(bǔ)充。以更簡(jiǎn)單而且優(yōu)雅的風(fēng)格、可靠的性能,提高程序生成器的開(kāi)發(fā)效率。
2?程序生成器的結(jié)構(gòu)
??? 作為程序生成器的典型結(jié)構(gòu),它由獲取數(shù)據(jù)、分析/轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、生成程序3個(gè)部分組成。規(guī)范程序生成器經(jīng)過(guò)如圖1所示三種約束時(shí)間,完成程序的生成。

3?域工程技術(shù)
??? 域工程是一個(gè)用于高效創(chuàng)建一個(gè)應(yīng)用(程序或軟件組件)族成員的過(guò)程。它是一個(gè)確定某個(gè)專(zhuān)業(yè)的重要組成與需求的系統(tǒng)方法,對(duì)如何高效地建立一個(gè)滿(mǎn)足用戶(hù)需要的程序生成器是非常必要的。程序的自動(dòng)創(chuàng)建依賴(lài)于對(duì)語(yǔ)法和期望目標(biāo)的精確描述,域工程技術(shù)將此概念延伸到時(shí)間基礎(chǔ)上分析一系列相關(guān)的程序,并能夠生成和修改它們。生成系統(tǒng)的構(gòu)造過(guò)程就是一個(gè)解決問(wèn)題產(chǎn)生軟件程序過(guò)程。因此,域既是一個(gè)有關(guān)聯(lián)的問(wèn)題的集合,也是一個(gè)有關(guān)的軟件應(yīng)用程序" title="應(yīng)用程序">應(yīng)用程序的集合。域工程分為兩個(gè)過(guò)程:域分析及域?qū)崿F(xiàn)。
??? 域分析:是一個(gè)用于確定域的術(shù)語(yǔ)、范圍、共性及變性的過(guò)程。
??? 域?qū)崿F(xiàn):是指在域中按照指定的要求高效構(gòu)造應(yīng)用及創(chuàng)建工具, 在域分析結(jié)束時(shí)即開(kāi)始。這其中包括程序生成器。
??? 任何開(kāi)發(fā)過(guò)程都要經(jīng)歷一系列的決策。在需求分析、軟件結(jié)構(gòu)、界面開(kāi)發(fā)、軟件設(shè)計(jì)(算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)" title="數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)">數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)表示)、軟件編碼與測(cè)試以及軟件的使用過(guò)程中都需要做出決策。有關(guān)的最艱難的工作是做出決策而不是編碼。對(duì)于域工程,最困難的是判斷哪些是重要的決策,由誰(shuí)來(lái)制定,什么時(shí)候制定。并且要能區(qū)分其中的重要決策和不重要決策。決策的制定,要考慮域工程的過(guò)程中下列三種重要角色的作用及其作用時(shí)間(約束時(shí)間)。
??? 域工程師:定義并建立如程序生成器那樣的過(guò)程和工具。
??? 應(yīng)用工程師:利用如程序生成器那樣的工具創(chuàng)建應(yīng)用程序。
??? 應(yīng)用程序用戶(hù):使用應(yīng)用程序。
??? 域工程時(shí)間:由域工程師為每個(gè)應(yīng)用程序族做出決策的時(shí)間。包括:域分析時(shí)間,域執(zhí)行時(shí)間。
??? 約束時(shí)間:由應(yīng)用工程師為每個(gè)應(yīng)用程序做出決策的時(shí)間。包括:規(guī)劃時(shí)間,生成時(shí)間,編譯時(shí)間,設(shè)計(jì)時(shí)間,鏈接時(shí)間。
??? 運(yùn)行時(shí)間:由應(yīng)用程序用戶(hù)為每個(gè)特定的使用做出決策的時(shí)間。包括:安裝時(shí)間,初始化時(shí)間,真正運(yùn)行時(shí)間。
??? 決策分解是域?qū)崿F(xiàn)的基本概念,它簡(jiǎn)單地分解每個(gè)獨(dú)立的決策,并將其作為一個(gè)獨(dú)立元素或系統(tǒng)組件。如決策的物理分解可產(chǎn)生3種信息:域信息、用戶(hù)信息、應(yīng)用信息。有效的決策分解將產(chǎn)生一個(gè)既易于改變、又易于構(gòu)造的軟件結(jié)構(gòu)。決策分解基于抽象化。抽象化是一種使軟件更具有一般性、靈活性、可理解性和可重用性的主要技術(shù)。
??? 決策分解技術(shù)主要包括:
(1)?物理分解:如,應(yīng)用程序可以分解出不依賴(lài)于機(jī)器的部分和依賴(lài)于機(jī)器的部分。
(2)?典型過(guò)程的抽象化:如,子程序、宏及可重用軟件包的創(chuàng)建。
(3)?面向?qū)ο蟮某橄蠡喝?,隱含在對(duì)象中的隱藏決策。
(4)?繼承方法:公共關(guān)系在父類(lèi)和子類(lèi)中被共享使用。
(5)?應(yīng)用程序框架:可看作一個(gè)軟件重用的自頂向下的方法。
(6)?規(guī)范驅(qū)動(dòng)技術(shù):應(yīng)用規(guī)范層信息創(chuàng)建或直接執(zhí)行應(yīng)用程序
??? 域工程是創(chuàng)建應(yīng)用程序族的過(guò)程,因此,不僅要考慮單一的應(yīng)用會(huì)如何隨時(shí)間而改變,而且也要注意到域領(lǐng)域應(yīng)用的整個(gè)范圍,從而確定這些應(yīng)用之間的差別。這些差別稱(chēng)為域工程的可變性,它是域工程的核心。對(duì)于域工程需要理解一個(gè)應(yīng)用族中什么是不變的,什么是可變的。不變的成分稱(chēng)為共性,最困難的就是確定并組織一個(gè)域的所有共性與可變性。
共性:是一個(gè)在域工程期間關(guān)于什么是整個(gè)域的共同性問(wèn)題所做出的決策或假設(shè)。共性可以確定域的范圍、軟件的功能、與其它域的分界面、操作環(huán)境、軟件的限制標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用軟件公共部分實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。共性和標(biāo)準(zhǔn)有許多共同點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)是做某件事情的共同方法。許多為標(biāo)準(zhǔn)所做的努力根本上就是一個(gè)域分析。相反域分析工作附帶產(chǎn)生一些標(biāo)準(zhǔn),以幫助創(chuàng)建更大的將為一大群人所接受的共性集合。
??? 可變性:是一個(gè)在域分析期間確認(rèn)但直到建立或運(yùn)行時(shí)間才確定的決策。
共性和可變性經(jīng)常可以相互轉(zhuǎn)化。而使域分析保持平衡。如圖2所示

??? 可變性包括:建立時(shí)的可變性、運(yùn)行時(shí)的可變性,編譯時(shí)可變性、生成時(shí)可變性、預(yù)處
理時(shí)可變性。
??? ① 建立時(shí)的可變性
??? 表示程序族的全部程序中的差別是什么。建立時(shí)的可變性集合是為建立一個(gè)程序生成器所需要的信息中最重要的部分,它可以用于定義一個(gè)規(guī)范語(yǔ)言和一個(gè)支持可變性的結(jié)構(gòu)框架。
??? ②?運(yùn)行時(shí)的可變性
??? 是在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)確定的決策。運(yùn)行時(shí)的可變性建立在應(yīng)用軟件的公共部分。由許多方法表示和控制。比如:
. 資源和配置文件:這些文件包含信息并在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)讀入一般保存在一個(gè)外部文件
. 數(shù)據(jù)庫(kù):查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得讀入信息
. 用戶(hù)界面:通過(guò)與用戶(hù)交互獲得信息。
. 動(dòng)態(tài)加載類(lèi):常見(jiàn)的變化可以被確定、創(chuàng)建、編譯,并且直接加載到一個(gè)正在運(yùn)行的Java程序中。
??? ③?編譯時(shí)可變性
??? 是在編譯時(shí)間確定決策??梢杂稍S多方式實(shí)現(xiàn)。比如:
. 編譯時(shí)的常量:可以利用好的編譯器來(lái)優(yōu)化程序。
. 面向?qū)ο蠹夹g(shù):基本類(lèi)定義共性,子類(lèi)提供可變性。特別是編譯時(shí)的可變性。
??? ④?生成時(shí)可變性
??? 信息通過(guò)一個(gè)創(chuàng)建定制程序的程序生成器讀入。
??? ⑤?預(yù)處理時(shí)可變性
??? 預(yù)處理發(fā)生在編譯時(shí)間前,預(yù)處理器用于擴(kuò)展宏功能。依據(jù)分開(kāi)的頭文件給程序構(gòu)造可變性。
??? 域工程經(jīng)常從應(yīng)用工程周期獲得適當(dāng)?shù)姆答伓粩嗾归_(kāi)。形成域工程周期。應(yīng)用工程周期和域工程周期的關(guān)系如圖3所示。

4?程序生成器的實(shí)現(xiàn)方法
4.1 利用DOM生成程序

??? 使用XML文件和DOM構(gòu)建一個(gè)程序生成器如圖4所示。

??? 使用XML語(yǔ)法分析器讀入和存儲(chǔ)規(guī)范, 讀入XML文件并對(duì)其進(jìn)行語(yǔ)法分析,創(chuàng)建DOM對(duì)象。XML語(yǔ)法分析器需要三種分析和存儲(chǔ)規(guī)范的輸入方法:
. 由W3C提供的DOM接口的輸入(純DOM方法);
. 針對(duì)IBM的語(yǔ)法分析器的輸入(自定義DOM方法);
. 用于讀入文件的標(biāo)準(zhǔn)的Java輸入數(shù)據(jù)包(自定義SAX方法);
??? 以上三種分析和存儲(chǔ)規(guī)范方法的選擇可以結(jié)合下面的判定要求加以確定。
(1) 判定代碼生成器能否用自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)獲得規(guī)范的信息,若不能,則使用純DOM方法;若能,則進(jìn)一步判定自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是否應(yīng)該從DOM中創(chuàng)建,若是,則使用自定義DOM方法。否則,使用自定義SAX方法;
(2)?根據(jù)性能要求確定。大的XML文檔上使用DOM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可能會(huì)花費(fèi)昂貴,尤其是當(dāng)僅僅使用文檔的一小部分生成程序時(shí)。這時(shí)將不得不創(chuàng)建自己的自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并且還將使用SAX。
(3)?如果使用DOM效率很低,也可以根據(jù)實(shí)際情況加以考慮。這種情況最有可能發(fā)生在程序的規(guī)范僅為大的XML文檔的一小部分的地方。使用SAX將允許忽略XML文檔中的大部分,而僅僅只為代碼生成器提取必要的信息。
??? 一旦XML文檔進(jìn)行過(guò)語(yǔ)法分析并且作為一個(gè)對(duì)象使用時(shí),就可以在該對(duì)象上執(zhí)行分析和判斷。分析包括:
. 檢錯(cuò):在規(guī)范中查找句法錯(cuò)誤。
. 警告:查找公共錯(cuò)誤或潛在的不明顯的錯(cuò)誤。
. 模型分析:分析規(guī)范更深層的語(yǔ)義。
. 性能分析:決定生成一個(gè)優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)或代碼途徑的規(guī)范。
. 縮寫(xiě)的擴(kuò)展:規(guī)范中常提供縮寫(xiě)或快捷方式。
. 擴(kuò)展成標(biāo)準(zhǔn)形式:有些規(guī)范允許以各種方式說(shuō)明同一件事情。
. 優(yōu)化:轉(zhuǎn)換對(duì)象。
??? 一旦DOM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)于內(nèi)存中,就可以把基于XML文檔的代碼用于分析和轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),最終代碼生成器直接從DOM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中獲取信息。讀入XML文件并對(duì)其進(jìn)行語(yǔ)法分析的程序段如下:
import? com.ibm.xml.parser.Parser;
import? org.w3c.dom.*;
import? java.io.*;
public? class? DOM_Utill {

/** read? and? parse? an? XML? files */
public? static? Document? readDocument (String? filename)
throws Exception {
InputStream is=new FileInputStream(filename);
Parser parser=new Parser(filename);
Return Parser.readStream(is);
}
}
??? 使用DOM的程序生成器,首先要提供一個(gè)基本實(shí)用工具類(lèi),該類(lèi)定義利用DOM樹(shù)中信息的實(shí)用方法,如用于獲取與語(yǔ)法分析樹(shù)中的節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的方法,用于獲取元素屬性值的方法,如果使用自定義DOM方法。這種方法是程序?qū)裍ML規(guī)范作為一個(gè)自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)讀入,然后將該規(guī)范轉(zhuǎn)換為一個(gè)自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),XML規(guī)范既可以在運(yùn)行時(shí)間讀入,也可以在生成時(shí)間讀入。標(biāo)準(zhǔn)的代碼生成器是一系列簡(jiǎn)單的打印語(yǔ)句,這些語(yǔ)句是具有重復(fù)代碼或條件代碼的控制語(yǔ)句的狀態(tài)流。
4.2 利用JSP(Java? Server? Pages)生成程序
??? JSP是普遍應(yīng)用于Internet中的重要的程序生成器。JSP是一種非常簡(jiǎn)單的規(guī)范語(yǔ)言,包含了輸出到Web頁(yè)面的靜態(tài)文本和調(diào)用基本實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言的轉(zhuǎn)義符" title="轉(zhuǎn)義符">轉(zhuǎn)義符,它沒(méi)有高層次的抽象化并且不涉及語(yǔ)言結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)義符提供很大的靈活性,同時(shí)又只產(chǎn)生最小的影響。JSP是一種既簡(jiǎn)單又強(qiáng)有力的技術(shù),用于在Web服務(wù)器端生成動(dòng)態(tài)的HTML頁(yè)面。JSP提供了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的利用“模板”創(chuàng)建程序生成器的途徑。盡管JSP是用于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)Web頁(yè)面的,但原則上可以傳送任何其它內(nèi)容,特別是它可以傳送Java程序。
一個(gè)簡(jiǎn)單的程序生成器是JSP翻譯器,JSP翻譯器是程序生成器廣泛使用的一個(gè)示例。它把一個(gè)JSP文件(規(guī)范)轉(zhuǎn)換成一個(gè)JAVA文件。從一個(gè)JSP文件到Java程序的轉(zhuǎn)換由Java服務(wù)器頁(yè)面規(guī)范來(lái)定義。過(guò)程示例如下:
Mydate.jsp

?

???

4.3 利用Xpath和XSLT生成程序
??? XSLT和Xpath能夠不利用任何Java代碼就可以創(chuàng)建程序生成器。
?? ?Xpath是一種用于從XML文檔提取信息的語(yǔ)言,用于在XSLT中選擇一個(gè)XML文檔的不同部分。
??? XSLT又稱(chēng)可擴(kuò)展的樣式表轉(zhuǎn)換語(yǔ)言,可以將XML文檔翻譯成其它不同結(jié)構(gòu)的XML文檔或純文本文件。XSLT提供了一種轉(zhuǎn)換和操作XML數(shù)據(jù)的機(jī)制。如圖5所示。
??? XML構(gòu)成了信息互交換標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。XML提供了信息構(gòu)成的結(jié)構(gòu),XSLT與Xpath(XML路徑語(yǔ)言)提供了提取、重建和熟練使用XML中信息的手段。Xpath使用一種簡(jiǎn)單的路徑語(yǔ)言來(lái)對(duì)XML文檔的各個(gè)部分進(jìn)行尋址,XML提供一系列的操作和操作方法。而Xpath保證了選擇和尋址的準(zhǔn)確度。

??? 利用Xpath和XSLT生成程序舉例
play.xml



XML document
?
??? Go up the hill
???
?


??? Fetch a pail of water
???
?

?
??? Fall down, break crown
???
?

?
??? Tumble down