BREW平臺中接口的設計與實現(xiàn)

張 茜，張繼榮

（西安郵電學院，陜西 西安 710061）

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(shù)據(jù)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 （BinaryRuntime Environment for Wireless）平臺。BREW平臺的出現(xiàn)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(xiàn)，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(shù)據(jù)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(chǎn)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(xiàn)接口的聲明和實現(xiàn)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(xiàn)

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(jù)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(xiàn)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(jù)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(shù)庫來實現(xiàn)功能[2]。

圖1 分散式系統(tǒng)結構圖

假設程序運行到了需要調用平臺函數(shù)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(shù)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(shù)的地址。雖然SDK中可以提供運行平臺中每個函數(shù)的地址，但是因為平臺會經(jīng)常升級，導致每個函數(shù)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(xiàn)“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(shù)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(shù)[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(xiàn)之間分離。下面介紹BREW中的接口是如何實現(xiàn)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(xiàn)字符串的搜索，為了實現(xiàn)這個功能，軟件廠商生成了一個頭文件FastString.h[4]，內容如下：

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(shù)。這樣，庫函數(shù)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(xiàn)接口有缺陷，又沒有辦法替換已經(jīng)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。

圖2 多個程序使用FastString庫

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，F(xiàn)astString代碼也只需要一份，而且如果發(fā)現(xiàn)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。

圖3 多個程序使用FastString庫

1.5 虛擬函數(shù)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(shù)表（VTBL）技術[4]實現(xiàn)接口和接口的分離。

下面是新版本的FastString的頭文件：

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(shù)表類型，IFastString中包含了指向虛擬函數(shù)表類型的指針。在接口定義時，使用（（IFastString）p-＞pvt）調用虛擬函數(shù)表中的函數(shù)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?？梢钥闯?，Release、GetLength和 Find已經(jīng)實現(xiàn)了在 C語言定義的接口和實現(xiàn)函數(shù)之間的分離。

源文件FastString.c如下：

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(xiàn)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(shù)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(shù)，這個變量就是虛擬函數(shù)表。虛擬函數(shù)表的示意圖如圖4所示。

可以發(fā)現(xiàn)，除了CreateObject成員之外，其余的三個成 員 函 數(shù) （IFastString_Release、IFastString_GetLength、IFastString_Find）都添加到了虛擬函數(shù)表中，而且這個虛擬函數(shù)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(shù)CreateObject就實現(xiàn)了無限多個接口與實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)或者其他函數(shù)作為啟動函數(shù)，都允許啟動時傳遞參數(shù)，因此把這個CreateObject函數(shù)作為參數(shù)傳遞給應用程序就可以了。至此應用程序、接口和實現(xiàn)之間已經(jīng)分離了。

1.6 支持多個接口和接口的擴展性

實現(xiàn)了接口和實現(xiàn)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(shù)傳遞給應用程序啟動函數(shù)，所以要對現(xiàn)有接口進行擴展來實現(xiàn)只要傳遞一個參數(shù)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(shù)，其代碼如下：其作用是通過參數(shù)nClassID來創(chuàng)建指定的接口實例。IShell_CreateObject函數(shù)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(xiàn)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(xiàn)，說明使用虛擬函數(shù)表能夠實現(xiàn)接口的聲明與實現(xiàn)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。

[1]陳秀寓.基于brew平臺的多態(tài)機制實現(xiàn) [J].軟件工程師，2010（2）：104-106.

[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(xiàn)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.