摘 要： 為了說明BREW中如何實現用C語言來模擬C++中的面向對象的特性，實現接口的聲明與實現的分離、對多個接口的支持和接口的易擴展性。通過實例，闡述了BREW通過虛擬函數表將接口與實現分離，使用ISHELL接口對多個接口支持及擴展。該方法與普通的C語言實現的接口相比較，修改接口而不會影響到應用程序，而接口有更好的可擴展性，更容易管理。
關鍵詞： BREW；接口；面向對象
如今，手機已不是簡單的語音通信工具，它已逐漸發(fā)展成為數據業(yè)務開發(fā)應用的平臺。在這種情況下，高通公司推出了一個新的BREW（Binary Runtime Environment for Wireless）平臺。BREW平臺的出現使手機像電腦一樣，可以應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。
在手機軟件開發(fā)中，許多問題都需要使用C++中面向對象的方法來實現，以提高代碼的可重用性、程序的模塊化及健壯性；為了滿足用戶對新數據應用的需求，移動設備制造商也希望不重新開發(fā)專有的軟件平臺，就可以快速提供新業(yè)務，以降低移動設備的技術門檻和產品上市門檻。
高通公司推出的BREW平臺，為無線設備設計專門提供了一個高效的應用程序執(zhí)行環(huán)境及開發(fā)平臺。在BREW平臺，用C語言開發(fā)應用程序可以達到C++的設計效果，而不需要開發(fā)專用的軟件平臺，又提高了程序開發(fā)的效率和新業(yè)務開發(fā)的速度。
本文通過一個例子，闡述BREW中如何實現接口的聲明和實現的分離來達到面向對象的特性，提高代碼的可重用性、健壯性以及其可擴展性和易于管理的特性。
1 BREW接口的實現
1.1 BREW平臺簡介
BREW 的全稱是無線二進制運行環(huán)境。從基本的層面而言，BREW 平臺就是手持設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 平臺是一組用于本地執(zhí)行而編譯并鏈接的二進制庫，優(yōu)化后能使應用程序利用無線服務和資源，控制流出或流入應用程序的事件流，能根據相應的事件啟動、停止、中止或恢復應用程序。BREW 執(zhí)行環(huán)境在運行時可以發(fā)現應用程序和任何相關的擴展[1]。
1.2 嵌入式系統(tǒng)結構
圖1是分散式系統(tǒng)結構圖。從圖1中可以看出，SDK需要使用運行平臺的接口聲明來開發(fā)應用程序，運行平臺負責根據用戶的輸入啟動應用程序，而應用程序則通過運行平臺的接口調用運行平臺的函數庫來實現功能[2]。
假設程序運行到了需要調用平臺函數的時候，由于當前的應用程序是開發(fā)者使用SDK開發(fā)的，就像平臺不知道應用程序的地址一樣，應用程序也不知道平臺函數的地址，因此，所面臨的問題就是怎樣能夠知道應用程序中所調用的平臺函數的地址。雖然SDK中可以提供運行平臺中每個函數的地址，但是因為平臺會經常升級，導致每個函數的鏈接地址不固定，因此在平臺升級時，SDK和應用程序都需要同時升級。這樣就不能實現“分散式”的升級了，這種程序的運行方式也就沒有任何意義了。為解決分散式系統(tǒng)分散式升級的問題，BREW提供了一個機制來解決應用程序調用函數的問題。
如果在開發(fā)過程中使用運行平臺的接口聲明，而在運行時應用程序使用真正的二進制接口，并在二進制層面調用接口函數[3]。則無論是SDK還是應用程序都與接口相關，解決這個問題的方式就是讓接口和接口的實現之間分離。下面介紹BREW中的接口是如何實現的。
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)了一個算法來實現字符串的搜索，為了實現這個功能，軟件廠商生成了一個頭文件FastString.h[4]，內容如下：
typedef struct _IFastString
{
char *m_pString；
}IFastString；
void IFastString_CreateObject（IFastString *IFastString， char *pStr）；//創(chuàng)建目標字符串對象
void IFastString_Release（IFastString *IFastString）；
//釋放目標字符串對象
int IFastString_GetLength（IFastString *pIFastString）；
//獲取目標字符串長度
int IFastString_Search（IFastString *IFastString， char *pSearchStr）；//查找字符串，返回偏移量
在BREW接口中共有4個接口：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，這個庫的使用者會將.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。這樣，庫函數將成為客戶應用程序中的一部分。
假設FastString庫占用了1 MB的空間，如果4個程序中都調用了這個接口，則FastString接口將會占用4 MB的空間，也就是說有3 MB的空間浪費掉子。圖2是多個程序調用FastString庫的示意圖。另外，如果庫廠商發(fā)現接口有缺陷，又沒有辦法替換已經存在的缺陷代碼，一旦FastString接口鏈接到代碼中，就不可能在用戶設備上替換這部分代碼。因此，庫廠商不得不重新為每個應用程序的開發(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。因為在這里FastString的角色就是運行平臺，不可能每個應用程序都包含一個運行平臺。解決這個問題的一種技術是使用動態(tài)鏈接庫技術將FastString包含起來。
1.4 動態(tài)鏈接庫
動態(tài)鏈接庫技術的典型應用是Windows操作系統(tǒng)中的動態(tài)鏈接庫[4]。這種方法是將FastString源文件編譯成特殊的二進制文件，并強迫FastString將所有的接口從二進制文件中引用出去，建立相應的引出表，以便于在運行時把每個接口的名字映射到對應的二進制接口地址上。同時還需要為使用者生成相應的引入庫，使用者通過引入庫可以獲取每個接口的符號。當客戶鏈接引入庫時，這些符號信息會加入到當前的可執(zhí)行文件中，運行時動態(tài)加載二進制庫文件，并在執(zhí)行時調用相應的程序。這樣，即使多個程序調用FastString接口，FastString代碼也只需要一份，而且如果發(fā)現FastString代碼有缺陷時，可以更新FastString二進制組件而不影響應用程序。圖3是使用動態(tài)鏈接庫時多個程序調用FastString庫的示意圖。
1.5 虛擬函數表
但是在嵌入式系統(tǒng)中一般不支持動態(tài)鏈接庫技術，因此在BREW中，采用虛擬函數表（VTBL）技術[4]實現接口和接口的分離。
下面是新版本的FastString的頭文件：
typedef struct _IFastString IFastString；
typedef struct _IFastStringVtbl IFastStringVtbl；
typedef struct （*PFNCreateObject）
（IFastString **ppIFastString， char *pStr）；
struct _IFastString
{
struct IFastStringVtbl *pvt；
}；
struct IFastStringVtbl
{
void（*Release）（IFastString*pIFastString）；
int（*GetLength）（IFastString*pIFastString）；
int（*Search）（IFastString*pIFastString，char *pSearchStr）；
}；
#define IFASTSTRING_Release（p）（（IFastString*）p->pvt）->Release（p） //釋放目標字符串對象
#define IFASTSTRING_GetLength（p）（（IFastString*）p->pvt）->GetLength（p） //獲取目標字符串長度
#define IFASTSTRING_Search（p）（（IFastString*）p->pvt）->Search（p） //查找字符串，返回偏移量
首先對FastString程序作一說明：在FastString頭文件里定義了IFastString和IFastStringVtbl兩個類型。IFastStringVtbl類型是虛擬函數表類型，IFastString中包含了指向虛擬函數表類型的指針。在接口定義時，使用（（IFastString）p->pvt）調用虛擬函數表中的函數指針，這說明了如果要使用接口就必須先要提供IFastString的指針類型。可以看出，Release、GetLength和Find已經實現了在C語言定義的接口和實現函數之間的分離。
源文件FastString.c如下：
#include“FastString.h”
#include<string.h>
typedef struct _CFastString
{
IFastStringVtbl *pvt；//指向虛擬函數表的指針
char *m_pString；//指向字符串的指針
int m_Len；//存儲字符串的長度
}CFastString；
//函數聲明
static void IFASTSTRING_Release（IFastString*pIFastString）；
static void IFASTSTRING_GetLength（IFastString*pIFastString）；
static void IFASTSTRING_Search（IFastString*pIFastString，char*pSearchStr）；
IFastStringVtbl gvtFastString = {IFASTSTRING_Release，
IFASTSTRING_GetLength，
IFASTSTRING_Search
}；
void IFastString_CreateObject（...）
{...}
...
CFastString結構體中有IFastStringVtbl類型的指針，而且這個指針在結構體的最頂部。另外還發(fā)現在IFastString結構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函數中返回的IFastString指針其實是指向CFastString的指針。在FastString.C源文件中還定義了一個IFastStringVtbl的變量gvtFastString，并為這個變量初始化成各個對應的函數，這個變量就是虛擬函數表。虛擬函數表的示意圖如圖4所示。
可以發(fā)現，除了CreateObject成員之外，其余的三個成員函數（IFastString_Release、IFastString_GetLength、IFastString_Find）都添加到了虛擬函數表中，而且這個虛擬函數表還可以隨著需求的增加而進行無限擴大，這樣只用了一個函數CreateObject就實現了無限多個接口與實現之間的分離。
由于用戶需要使用CreateObject來獲取IFastString指針，因此將其與實現分離的方法是：因為應用程序的啟動過程，對于一個程序，無論是由main函數或者其他函數作為啟動函數，都允許啟動時傳遞參數，因此把這個CreateObject函數作為參數傳遞給應用程序就可以了。至此應用程序、接口和實現之間已經分離了。
1.6 支持多個接口和接口的擴展性
實現了接口和實現之間的分離，但一個平臺不會只有一個接口，還包含了其他用途的接口。但又不能把所有接口的CreateObject作為參數傳遞給應用程序啟動函數，所以要對現有接口進行擴展來實現只要傳遞一個參數就能創(chuàng)建多個接口的功能。就像設計模式里面的工廠模式，創(chuàng)建一個專門的類用來創(chuàng)建別的類。因此，本設計采用增加一個稱為Shell的接口來管理其他接口。
在Shell接口中，定義了CreateInstance接口函數，其代碼如下：
static void IShell_CreateInstance（IShell *pIShell， int nClassID， void **ppObj， unsigned int nUserData）
{
...
switch（nClassID）
{
case CLASSID_FASTATRING：
IFastString_CreateObject（（IFastString**）ppObj，（char *）nUserData）；
break；
case ...
...
...
}
}
其作用是通過參數nClassID來創(chuàng)建指定的接口實例。IShell_CreateObject函數用來創(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，在應用程序啟動時，先創(chuàng)建Shell接口，然后通過IShell_CreateInstance來創(chuàng)建其他接口。這樣，不但實現了接口的管理工作，而且方便了接口的擴展。
本文通過一個例子介紹了BREW中接口的實現，說明使用虛擬函數表能夠實現接口的聲明與實現的分離，從而當平臺升級或修改接口時不會影響應用程序，提高了CPU利用率，并使程序更加健壯。一個應用程序會使用很多接口，而Shell接口可以用來創(chuàng)建其他接口，使BREW接口有了很大的擴展性。使用C語言開發(fā)的BREW平臺具有面向對象的封裝性、繼承性和多態(tài)性。
參考文獻
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[2] 趙建祥，高禮中.基于BREW的手機軟件模塊設計[J].儀儀器儀表用戶，2009（5）：47-49.
[3] 費寧.BREW實現機制深入分析[J].江蘇通信技術，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.