腳本語(yǔ)言在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

    為了解決軟件開(kāi)發(fā)的難題，人們發(fā)明了匯編語(yǔ)言，通過(guò)一些助記符來(lái)減輕二進(jìn)制編碼的開(kāi)發(fā)壓力。這的確是行之有效的方法，然而，匯編語(yǔ)言太依賴程序員的素質(zhì)，而且無(wú)法適應(yīng)大規(guī)模的開(kāi)發(fā)。
    到了上世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了Fortran，Cobol，Lisp，Algol 60等現(xiàn)代高級(jí)語(yǔ)言。程序員可以用接近自然語(yǔ)言的程序語(yǔ)言編制軟件，再通過(guò)編譯器轉(zhuǎn)換成機(jī)器可執(zhí)行的代碼。由于使用精確的形式語(yǔ)言來(lái)定義程序語(yǔ)言本身，并通過(guò)對(duì)硬件的抽象使得程序與計(jì)算機(jī)平臺(tái)無(wú)關(guān)，導(dǎo)致高級(jí)語(yǔ)言生產(chǎn)效率提高、維護(hù)費(fèi)用降低，計(jì)算機(jī)軟件業(yè)得以蓬勃發(fā)展。
    為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提高、可靠、易維護(hù)、易管理的開(kāi)發(fā)思想和方法。文中在介紹腳本語(yǔ)言及使用的基礎(chǔ)上，提出了其在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的使用模型及具體實(shí)現(xiàn)。

1 腳本語(yǔ)言簡(jiǎn)介
    腳本語(yǔ)言是為了縮短傳統(tǒng)的編寫(xiě)一編譯一鏈接一運(yùn)行(edit-compile-link-run)過(guò)程而創(chuàng)建的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言。相對(duì)于編譯型計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，用腳本語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的程序在執(zhí)行時(shí)，由其所對(duì)應(yīng)的解釋器(或稱(chēng)虛擬機(jī))解釋執(zhí)行。系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是被預(yù)先編譯成機(jī)器語(yǔ)言而執(zhí)行的。腳本語(yǔ)言的主要特征是：程序代碼即是腳本程序，亦是最終可執(zhí)行文件。腳本語(yǔ)言可分為獨(dú)立型和嵌入型，獨(dú)立型腳本語(yǔ)言在其執(zhí)行時(shí)完全依賴于解釋器，而嵌入型腳本語(yǔ)言通常在編程語(yǔ)言中(如C，C++，VB，．Java等)被嵌入使用。
    腳本技術(shù)得益于計(jì)算機(jī)硬件的加速發(fā)展。過(guò)去某些情況下甚至系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言也不夠有效，因此不得不用匯編編寫(xiě)應(yīng)用程序。而今的機(jī)器比1980年的快100～500倍，且仍在以每18個(gè)月翻一番的速度增長(zhǎng)。計(jì)算機(jī)性能快速提高，使計(jì)算機(jī)程序越來(lái)越復(fù)雜。因此，開(kāi)發(fā)時(shí)間已遠(yuǎn)比運(yùn)行時(shí)間緊迫。這時(shí)，腳本語(yǔ)言作為系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的補(bǔ)充，開(kāi)始被主要的計(jì)算機(jī)平臺(tái)所同時(shí)提供。編程語(yǔ)言已經(jīng)由性能低下的硬件與執(zhí)行效率之間的矛盾，轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖僮兓氖袌?chǎng)需要與低效的開(kāi)發(fā)工具之間的矛盾，所以腳本語(yǔ)言的發(fā)展在今后的軟件開(kāi)發(fā)中有著必然的趨勢(shì)。
    腳本語(yǔ)言和系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，一個(gè)重要的不同是腳本語(yǔ)言是被解釋而系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是被編譯。被解釋的語(yǔ)言由于沒(méi)有編譯時(shí)間而提供快速的轉(zhuǎn)換，通過(guò)允許用戶運(yùn)行時(shí)編寫(xiě)應(yīng)用程序，而不需要耗時(shí)的編譯／打包過(guò)程。解釋器使應(yīng)用程序更加靈活，腳本語(yǔ)言的代碼能夠被實(shí)時(shí)生成和執(zhí)行。腳本語(yǔ)言通常都有簡(jiǎn)單、易學(xué)、易用的特性，目的就是希望能讓程序設(shè)計(jì)師快速完成程序的編寫(xiě)工作。

2 腳本語(yǔ)言的一般應(yīng)用
    腳本語(yǔ)言主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：
    (1)作為批次處理語(yǔ)言或工作控制語(yǔ)言。許多腳本語(yǔ)言用來(lái)執(zhí)行一次性任務(wù)，尤其是系統(tǒng)管理方面。DOS，Windows的批處理文件和Unix的shell腳本都屬于這種應(yīng)用；
    (2)作為通用的編程語(yǔ)言存在，如Perl、Py-thon、Ruby等。由于“解釋執(zhí)行，內(nèi)存管理，動(dòng)態(tài)”等特性，它們?nèi)员环Q(chēng)為腳本語(yǔ)言。但它們已經(jīng)用于應(yīng)用程序編寫(xiě)，用戶也不把它們看作腳本語(yǔ)言；
    (3)許多大型的應(yīng)用程序都包括根據(jù)用戶需求而定制的慣用腳本語(yǔ)言。同樣地，許多電腦游戲系統(tǒng)使用一種自定義腳本語(yǔ)言來(lái)表現(xiàn)NPC(Non-Player Character，Non-Playable Character，Non-Player Class)和游戲環(huán)境的預(yù)編程動(dòng)作。此類(lèi)語(yǔ)言通常是為一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用程序所設(shè)計(jì)，雖然它們貌似一些通用語(yǔ)言(如Quake C，Modeled After C)，但它們有自定義的功能；
    (4)網(wǎng)頁(yè)中的嵌入式腳本語(yǔ)言。熟知的HTML(Hyper Text Mark-up Language)即超文本標(biāo)記語(yǔ)言，就是一種腳本語(yǔ)言，它的解釋器就是瀏覽器。JavaScript直到現(xiàn)在仍然是網(wǎng)頁(yè)瀏覽器內(nèi)的主要編程語(yǔ)言，它的ECMAScript標(biāo)準(zhǔn)化保證了它成為流行的通用嵌入式腳本語(yǔ)言。另外，隨著動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)技術(shù)發(fā)展，ASP、JSP、PHP等嵌入網(wǎng)頁(yè)的腳本語(yǔ)言正被廣泛使用，不過(guò)這些腳本要通過(guò)Web Server解釋為Html而被瀏覽器執(zhí)行；
    (5)腳本語(yǔ)言在系統(tǒng)應(yīng)用程序中嵌入使用，作為用戶與系統(tǒng)的接口方式。在工業(yè)控制領(lǐng)域，PLC編程、組態(tài)軟件的腳本語(yǔ)言是擴(kuò)充組態(tài)系統(tǒng)功能的重要手段；在通信平臺(tái)領(lǐng)域，IVR(自動(dòng)語(yǔ)音應(yīng)答)流程編程；Office辦公軟件，提供的宏和VBA；其他應(yīng)用軟件如ER Studio提供的Basic MacroEditor，用戶可以編寫(xiě)Sax Basic腳本操作ER圖，生成Access庫(kù)、導(dǎo)出Word文檔等擴(kuò)展功能。

3 腳本語(yǔ)言在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用
    縱觀程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的發(fā)展，一個(gè)很顯著的特點(diǎn)就是以機(jī)器的性能換取人的效率，以提高開(kāi)發(fā)者的工作效率和滿足人的需求為目標(biāo)，在所有資源中人是最昂貴的資源，因而程序的編寫(xiě)從面向機(jī)器逐漸向面向人過(guò)度。而腳本語(yǔ)言就是可以提高開(kāi)發(fā)效率和滿足客戶需求程序設(shè)計(jì)的最好選擇。比如在開(kāi)發(fā)中需要對(duì)客戶自定義表達(dá)式計(jì)算時(shí)，如果自己去寫(xiě)表達(dá)式解析，將是一個(gè)幾乎無(wú)法完成的任務(wù)。而使用微軟的Script控件，把表達(dá)式作為腳本函數(shù)返回值，讓Script控件解釋計(jì)算，幾行代碼就完成了，開(kāi)發(fā)效率大大提高。
    在軟件系統(tǒng)實(shí)踐中，用的最多的就是把腳本嵌入應(yīng)用程序中。快速開(kāi)發(fā)工具Delphi除了可用使用ActiveX控件類(lèi)型的腳本引擎外，也有許多優(yōu)秀的原生Delphi腳本引擎控件如Scripter Studio，PaxScr4pter，Inner Fuse Pascal Script，F(xiàn)ast Script等。在開(kāi)發(fā)一款通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，就采用了核心架構(gòu)使用高級(jí)語(yǔ)言，用戶擴(kuò)展和通訊協(xié)議使用Fast Script描述的設(shè)計(jì)模式。之所以選擇FastScript，因?yàn)镕ast Script是一個(gè)交叉平臺(tái)的語(yǔ)言的腳本引擎。它對(duì)希望增加腳本功能的編程人員非常有用。Fast Script是用100％的Object Pascal編寫(xiě)，具有支持OLE和變量數(shù)組，可以使用多語(yǔ)言腳本(Pascal Script、C++ Script、JScript和BasicScript)，與標(biāo)準(zhǔn)面向?qū)ο笳Z(yǔ)言語(yǔ)法相近，可以使用程序內(nèi)的任何對(duì)象、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)訪問(wèn)基類(lèi)、控件、窗體和DB；易可擴(kuò)展的庫(kù)結(jié)構(gòu)；內(nèi)存占用小等特點(diǎn)。
    系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。采用這種模式，就是要充分發(fā)揮系統(tǒng)程序語(yǔ)言和腳本語(yǔ)言的各自優(yōu)勢(shì)。因?yàn)楹诵募軜?gòu)需要?jiǎng)?chuàng)建采集線程、進(jìn)行任務(wù)調(diào)度、處理系統(tǒng)消息和加載腳本引擎等，而這些需要穩(wěn)定且處理效率高，所以使用系統(tǒng)程序語(yǔ)言開(kāi)發(fā)；而對(duì)于千變?nèi)f化的通訊協(xié)議，如果全都被系統(tǒng)核心架構(gòu)包括，是不可能的。而把各種通訊協(xié)議用不同的腳本語(yǔ)言文件描述，供采集系統(tǒng)調(diào)用，問(wèn)題就可以解決了。

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    如圖1所示，通過(guò)系統(tǒng)配置，告訴采集核心需要建立的采集通道(對(duì)應(yīng)采集點(diǎn)，每個(gè)通道的任務(wù)在自己的線程中調(diào)度)，以及每個(gè)通道的采集任務(wù)(對(duì)應(yīng)與通訊協(xié)議腳本)和調(diào)度方案(何時(shí)啟動(dòng)采集或者多長(zhǎng)時(shí)間周期采集一次)。正是應(yīng)用了腳本語(yǔ)言描述采集任務(wù)，使得系統(tǒng)具有高度靈活的可配置性。
    采集任務(wù)通過(guò)xml文檔描述，具體的通訊使用Fast Script描述。xml文檔結(jié)構(gòu)如下：

    <?xml version=“1．0” encoding=“GBK”?>
    <項(xiàng)目名稱(chēng)=“采集器對(duì)時(shí)”開(kāi)始流程=“通信步驟1”>
    <全局變量初始化腳本=“…”／><!－－采集任務(wù)必要的全局變量加載腳本－－>
    <通信流程名稱(chēng)=“通信步驟1”下一流程=“通信步驟2”>
    <發(fā)送數(shù)據(jù)腳本=“…”／><!－－通信步驟發(fā)送數(shù)據(jù)的腳本－－>
    <收全判斷腳本=“…”／><!－－判斷通信數(shù)據(jù)是否收全的腳本，收全后進(jìn)入下一步驟－－>
    <正確回復(fù)腳本=“…”／><!－－判斷通信步驟收到數(shù)據(jù)是否正確的腳本－－>
    <／通信流程>
    ……
    <通信流程名稱(chēng)=“通信步驟n”下一流程=“”>
    <發(fā)送數(shù)據(jù)腳本=“…”／>
    <正確回復(fù)腳本=“…”／>
    <收全判斷腳本=“…”／>
    <／通信流程>
    <數(shù)據(jù)處理腳本=“…”／><!－－處理收到數(shù)據(jù)的腳本，一般用于數(shù)據(jù)解析并保存數(shù)據(jù)－－>
    <／項(xiàng)目>
    在系統(tǒng)核心中，把系統(tǒng)一些常量、函數(shù)聲明、讀入的腳本一起組成完整的腳本。
    以下是幾個(gè)典型腳本的例程(函數(shù)聲明為系統(tǒng)定義，斜體部分為XML文檔中讀入系統(tǒng))。
    全局變量初始化腳本如下：
    Procedure (Conn： TADOConnection； varGlobalVar：Variant)；
    begin{全局變量分別為采集點(diǎn)地址，開(kāi)始地址，結(jié)束地址}

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    系統(tǒng)核心按照XML定義的流程，通過(guò)腳本控件的CallFunction、CallFunctionl、CallFunction2方法調(diào)用腳本中的函數(shù)，根據(jù)執(zhí)行結(jié)果執(zhí)行相關(guān)操作并寫(xiě)入日志。在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，整個(gè)腳本的語(yǔ)法檢查(Compile方法)占用系統(tǒng)的資源最多、對(duì)系統(tǒng)影響較大。所以在系統(tǒng)開(kāi)始時(shí)，就把所有任務(wù)腳本讀人內(nèi)存中，并通過(guò)腳本控件的語(yǔ)法檢查，這樣雖然加大了系統(tǒng)內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)，但是整個(gè)腳本語(yǔ)法檢查只做一次，任務(wù)調(diào)度時(shí)直接執(zhí)行腳本。比較與每次任務(wù)調(diào)度時(shí)讀人腳本、檢查語(yǔ)法、執(zhí)行，效率提高相當(dāng)明顯，幾乎可以達(dá)到與系統(tǒng)語(yǔ)言相媲美水平。
    除了描述采集通訊協(xié)議，系統(tǒng)還允許用戶通過(guò)腳本自定義界面，開(kāi)發(fā)了腳本編輯、調(diào)試工具，方便腳本編寫(xiě)，這里不作詳述。
    從上述應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，這種腳本的語(yǔ)法與Del-phi十分相似，易于編寫(xiě)，又能描述復(fù)雜、變化的任務(wù)。即能保持基本框架不變，又能使系統(tǒng)靈活。

4 結(jié)束語(yǔ)
    今天，用腳本語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序的數(shù)目遠(yuǎn)多于用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)的應(yīng)用程序的數(shù)目。在Unix系統(tǒng)中有比C程序更多的外部腳本。當(dāng)然，多數(shù)大型和廣泛使用的應(yīng)用程序都是用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言寫(xiě)成的，但腳本語(yǔ)言已經(jīng)是應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的主動(dòng)力，并且今后它的市場(chǎng)份額會(huì)繼續(xù)提高。腳本將對(duì)越來(lái)越多的應(yīng)用程序產(chǎn)生吸引力。以Python，Perl，Tcl，Ruby為代表的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言越來(lái)越受到開(kāi)發(fā)者的青睞，使用動(dòng)態(tài)語(yǔ)言群體、社區(qū)不斷壯大，許多開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)不再單純使用一種語(yǔ)言編程開(kāi)發(fā)軟件，而是混合式編程，動(dòng)態(tài)語(yǔ)言作為膠水語(yǔ)言專(zhuān)為應(yīng)用程序而設(shè)計(jì)，在今后的混合式應(yīng)用中變的越來(lái)越重要，甚至有人認(rèn)為腳本語(yǔ)言是“21世紀(jì)更高級(jí)的編程語(yǔ)言”。