適用于移動終端的GUI設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

在常見的移動終端等小型手持式設(shè)備上，由于硬件條件等的限制，我們看到的用戶界面都非常簡單，幾乎看不到PC機(jī)上華麗美觀的GUI 支持。隨著硬件條件的提高，移動終端的嵌入式系統(tǒng)對輕量級GUI的需求會越來越迫切。

用戶界面是指計算機(jī)與其使用者之間的對話接口[1]，它為用戶提供與應(yīng)用系統(tǒng)交互的可視化通道，同時為程序員提供了一種編程模式，即GUI負(fù)責(zé)系統(tǒng)的可視化界面的生成、管理以及系統(tǒng)與用戶之間的信息交互[2-3]，而程序員只需專注于對實(shí)際應(yīng)用的分析。

1.       GUI在移動終端中的作用

 圖1顯示大部分移動終端軟件的系統(tǒng)架構(gòu)，由圖可以清晰看出，GUI在移動終端系統(tǒng)中扮演著很重要的角色，它運(yùn)行在操作系統(tǒng)抽象層（OSAL）之上，為應(yīng)用程序提供基于消息機(jī)制的圖形用戶界面編程接口。GUI與其它一些應(yīng)用引擎一起為實(shí)現(xiàn)豐富的移動終端應(yīng)用而提供支持，從而將應(yīng)用程序的計算部分與界面分離開來，這樣就充分保證了根據(jù)不同需求快速定制出功能強(qiáng)大界面豐富的應(yīng)用程序界面。

圖1 移動終端軟件架構(gòu)

2.       GUI層次結(jié)構(gòu)

從整體結(jié)構(gòu)上看GUI是分層設(shè)計的，其主要成分為層次結(jié)構(gòu)見圖2，它的主要組成部分是 ：顯示驅(qū)動、GDI接口、消息隊(duì)列和窗口管理四部分。

圖2. GUI層次結(jié)構(gòu)

2.1 顯示驅(qū)動
顯示設(shè)備和打印設(shè)備一同組成圖形設(shè)備，圖形設(shè)備抽象層（GAL）定義了一組不依賴于任何特殊硬件的抽象接口，所有頂層的圖形操作都建立在抽象接口之上。而用于實(shí)現(xiàn)這一抽象接口的底層代碼類似操作系統(tǒng)中的驅(qū)動程序。

顯示設(shè)備驅(qū)動作為GUI最底層驅(qū)動，通過顯示設(shè)備驅(qū)動程序接口（DDI）給上層GDI函數(shù)一些基礎(chǔ)的功能和設(shè)施。可以看成是GDI的圖形驅(qū)動程序，并將底層圖形設(shè)備和上層接口分離開來。

DDI用GAL中的函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)表示，統(tǒng)一成標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動接口結(jié)構(gòu)，保證顯示對窗口透明。主要DDI函數(shù)包括：對顯示設(shè)備進(jìn)行初始化，管理顯示內(nèi)存使用和為上層GDI提供映射到物理地址空間以及諸如調(diào)色板等物理地址上的相關(guān)處理。

2.2 GDI接口
GUI系統(tǒng)的一個重要組成部分就是GDI，即圖形設(shè)備接口（Graphics Device Interface）。通過GDI，GUI程序就可以在計算機(jī)屏幕上，或者其他的顯示設(shè)備上進(jìn)行圖形輸出，包括基本繪圖和文本輸出。

GDI重要函數(shù)包括：圖形設(shè)備上下文管理、繪圖函數(shù)和使用GDI對象的函數(shù)

2.2.1圖形設(shè)備上下文管理函數(shù)[!--empirenews.page--]

要在圖形輸出設(shè)備上繪制圖形，在調(diào)用圖形輸出函數(shù)時，均要求指定經(jīng)初始化的圖形設(shè)備上下文（Device Context，DC），也稱作"設(shè)備環(huán)境"。設(shè)備上下文是連接應(yīng)用程序、設(shè)備驅(qū)動程序以及輸出設(shè)備的紐帶，見圖3。設(shè)備上下文包含許多屬性，當(dāng)需要修改這些屬性時，只需調(diào)用一個GDI函數(shù)修改設(shè)備上下文中屬性的參數(shù)。

圖3. 設(shè)備上下文

一個圖形設(shè)備上下文所代表的含義很復(fù)雜，它起碼應(yīng)該包含如下內(nèi)容[5]：

·           該設(shè)備上下文本所在設(shè)備信息（顯示模式、色彩深度、顯存布局等等）；

·           該設(shè)備上下文所代表的窗口以及該窗口被其他窗口剪切的信息

·           該設(shè)備上下文的基本操作對象（筆、刷子、字體、位圖、區(qū)域等），及其上下文信息；

·           由程序設(shè)定的局部信息（繪圖屬性、映射關(guān)系和局部剪切域等）。

2.2.2 繪圖函數(shù)

設(shè)備上下文的屬性決定了有關(guān)繪圖函數(shù)如何工作的細(xì)節(jié)。通過繪圖函數(shù)應(yīng)用程序能夠方便地畫出直線、矩形、圓、橢圓和其它復(fù)雜圖形，而不需直接與具體的輸出設(shè)備打交道。

2.2.3使用GDI對象的函數(shù)

當(dāng)調(diào)用繪圖函數(shù)時，使用當(dāng)前設(shè)備上下文中選擇的GDI對象來進(jìn)行繪圖。GDI共有筆、刷子、字體、位圖、區(qū)域和邏輯調(diào)色板六個對象。

    例如可以通過在CreatePen、 CreatePenIndirect或ExtCreatePen函數(shù)中指定這些特征來建立一個邏輯畫筆，這些函數(shù)傳回一個邏輯畫筆的句柄。要使用這個畫筆，就要用SelectObject將畫筆句柄選進(jìn)設(shè)備內(nèi)容。這樣，畫任何線都使用這個畫筆，然后可以取消設(shè)備內(nèi)容中的畫筆選擇，并清除畫筆對象。清除畫筆對象是必要的，因?yàn)楫嫻P定義占用了分配的內(nèi)存空間。

    除了畫筆以外，GDI對象還用于建立填入封閉區(qū)域的畫刷、字體、位圖以及GDI的其它一些方面。

2.3  消息隊(duì)列
移動終端產(chǎn)生的消息主要包括：按鍵事件消息、協(xié)議棧消息及自定義消息等。按鍵一般有12個標(biāo)準(zhǔn)電話按鍵、左右2個軟鍵、5個導(dǎo)航鍵(上、下、左、右、中) 、撥號鍵和掛機(jī)鍵，由此可產(chǎn)生對應(yīng)的短按鍵及長按鍵消息。按鍵的按下及釋放產(chǎn)生按鍵事件，對比鍵碼表對按鍵事件進(jìn)行解碼，獲取正確的按鍵消息。按鍵消息經(jīng)消息過濾后送往當(dāng)前焦點(diǎn)窗口。GSM 協(xié)議棧消息是由手機(jī)平臺產(chǎn)生的送往消息隊(duì)列的協(xié)議棧消息,主要是網(wǎng)絡(luò)事件及手機(jī)狀態(tài)的響應(yīng)消息，包括所有對SIM卡、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、通話、短消息等的響應(yīng)消息。協(xié)議棧消息需傳送到賦于系統(tǒng)窗口屬性的窗口，但窗口并不需要對每一項(xiàng)協(xié)議棧消息進(jìn)行處理，只依據(jù)窗口函數(shù)的具體屬性定義進(jìn)行消息響應(yīng)。

GUI采用消息驅(qū)動機(jī)制，把上面這些消息收集在一個消息隊(duì)列中，然后將這些消息連同定時器和重畫消息一起放入應(yīng)用程序消息隊(duì)列中。應(yīng)用程序消息隊(duì)列是屬于各個應(yīng)用程序所有的先進(jìn)先出隊(duì)列。但是定時器消息和重畫消息保留在隊(duì)列中直到應(yīng)用程序處理完所有其它消息后才予以處理。GUI將屬于一個特定應(yīng)用程序的消息放入該應(yīng)用程序的消息隊(duì)列中，然后應(yīng)用程序讀取這些消息，并將它們發(fā)送給相應(yīng)的窗口函數(shù)。[!--empirenews.page--]

GUI將某些消息直接發(fā)送給應(yīng)用程序的窗口函數(shù)，而不是將它們放入到應(yīng)用程序隊(duì)列中，這樣的消息稱為非排隊(duì)消息。通常，非排隊(duì)消息是那些僅影響該窗口的消息。雖然大多數(shù)消息都由GUI產(chǎn)生，但應(yīng)用程序也可以產(chǎn)生自己的消息并將其加入到應(yīng)用程序隊(duì)列中。

一旦應(yīng)用程序的主函數(shù)從隊(duì)列中獲取了消息，就可以將消息傳送給相關(guān)窗口的窗口函數(shù)，并把消息的內(nèi)容作為參數(shù)傳遞過去，這樣，窗口函數(shù)就可以處理這個消息，完成相應(yīng)的工作。當(dāng)窗口函數(shù)返回后，GUI將控制權(quán)返回給主函數(shù)。主函數(shù)可以再從隊(duì)列中取出下一消息進(jìn)行處理。

2.4 窗口管理
窗口是終端應(yīng)用程序的主要輸入輸出設(shè)備。應(yīng)用程序只有通過窗口才能訪問顯示設(shè)備。窗口由標(biāo)題條、菜單條、滾動條、邊框以及在顯示設(shè)備上的矩形框里出現(xiàn)的其它特性組成。當(dāng)創(chuàng)建窗口時，可為窗口指定所要求的特性，然后GUI畫出此窗口并管理它。

雖然應(yīng)用程序創(chuàng)建了某一窗口，并且從技術(shù)上來說可以獨(dú)占它，但該窗口的管理實(shí)際上是由應(yīng)用程序與GUI相互協(xié)作來實(shí)現(xiàn)的。GUI管理窗口的位置和顯示方式，并管理窗口的標(biāo)準(zhǔn)特性，如邊框、標(biāo)題等，同時完成許多由用戶初始化并直接影響窗口的任務(wù)。而應(yīng)用程序則管理窗口的其它所有工作，特別是負(fù)責(zé)管理窗口的“客戶區(qū)”（窗口邊框以內(nèi)的區(qū)域）。應(yīng)用程序可完全控制屬于自己的窗口客戶區(qū)的顯示。

為管理這一協(xié)作任務(wù)，GUI告知每個窗口其變化可能要受到影響。因此，每個窗口必須具有相應(yīng)的“窗口函數(shù)”，用于接收窗口管理消息。窗口管理消息既可指定該函數(shù)要執(zhí)行的動作，也可請求該窗口函數(shù)返回信息。

窗口函數(shù)作為窗口最重要的基本屬性,處理所有傳送到本窗口的消息。窗口的表現(xiàn)及行為特征是由窗口函數(shù)定義的對消息的處理所決定的。在正常情況下,具體的窗口函數(shù)只處理部分指定的消息,而正是這部分特定消息的處理決定了各個窗口的不同特性。通過調(diào)用窗口函數(shù),將消息參數(shù)傳遞到所指定的窗口函數(shù),由窗口函數(shù)依據(jù)消息所攜帶的消息參數(shù)進(jìn)行判斷處理。對絕大部分消息只需將其送往缺省窗口函數(shù)進(jìn)行處理。缺省窗口函數(shù)集成了標(biāo)準(zhǔn)窗口函數(shù)對消息的標(biāo)準(zhǔn)處理,是對所有窗口函數(shù)的一個共性集合窗口管理收集所有的輸入信息,然后把這些輸入信息以消息的形式送往合適的窗口。這些消息的執(zhí)行結(jié)果又可能產(chǎn)生新的消息,新消息的傳送仍由窗口管理負(fù)責(zé)。窗口管理通過調(diào)用窗口函數(shù),向窗口函數(shù)傳遞消息參數(shù),把消息送到目的窗口。在移動終端中，采用消息分派技術(shù)將協(xié)議棧消息依次發(fā)往所有具有系統(tǒng)屬性的窗口。通過窗口樹表將非協(xié)議棧消息送往所獲取的當(dāng)前焦點(diǎn)窗口。

3.  GUI調(diào)用流程

下面通過一個具體例子分析GUI函數(shù)調(diào)用流程：移動終端的窗口系統(tǒng)初始化時首先要創(chuàng)建一個菜單，在注冊菜單窗口類時將菜單序號圖片全部按順序讀入內(nèi)存，這就需要GDI用畫刷對象來進(jìn)行矩形填充，下圖清晰的顯示了GUI在注冊這個窗口類時各層調(diào)用的流程。

圖4. GUI調(diào)用流程

4. 結(jié)語

GUI系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的軟件工程，本文設(shè)計和實(shí)現(xiàn)的GUI占用資源少、可配置，特別適用于移動終端。它給終端上層應(yīng)用提供了一個清晰的圖形界面。同時，在將它用于多種終端平臺時還要盡可能考慮它的可擴(kuò)展性、兼容性、可移植性等屬性。