齊燕

摘 要 本文研究了Java語(yǔ)言圖形編程工具的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，以元建模機(jī)制為基礎(chǔ)，使用模型、視圖及控制器的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)圖形編程工具，并且通過(guò)代碼轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圖形代碼及文本代碼兩者的等價(jià)轉(zhuǎn)換。將圖形編程工具應(yīng)用到實(shí)際編程中，證明了本文中設(shè)計(jì)的圖形編程工具能夠滿足實(shí)際的需求，并且提高圖形編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)的效率，增強(qiáng)了其可復(fù)用性及維護(hù)性。

關(guān)鍵詞 Java語(yǔ)言；圖形編程工具；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）181-0029-02

由于現(xiàn)在一些青少年過(guò)分沉迷于網(wǎng)絡(luò)游戲中，為了解決這一問(wèn)題，相關(guān)人員就研發(fā)了游戲機(jī)器人平臺(tái)，創(chuàng)新游戲的方式。用戶能夠根據(jù)平臺(tái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程，使機(jī)器人能夠代替自己玩游戲，之后根據(jù)游戲結(jié)果修改程序，之后繼續(xù)游戲。但是部分青少年沒(méi)有編程的概念和知識(shí)，為了能夠解決這個(gè)問(wèn)題，本文就設(shè)計(jì)了基于Java語(yǔ)言的圖形編程工具，以此將編程有效簡(jiǎn)化，將重點(diǎn)放到通過(guò)邏輯圖形實(shí)現(xiàn)功能的控制上，避免深?yuàn)W的語(yǔ)句編程，實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)及培養(yǎng)思維能力的目的。

1 圖形編程工具總體設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)器人編程的特點(diǎn)，本文將事件驅(qū)動(dòng)編程與圖形編程相結(jié)合，從而便于開(kāi)發(fā)人員發(fā)揮機(jī)器人的硬件能力，縮短圖形編程工具的研發(fā)周期。

為了能夠滿足事件驅(qū)動(dòng)與圖形編程思想需求，圖形編程工具的總體設(shè)計(jì)主要包括以下步驟：

其一，定義事件庫(kù)。用戶事件及系統(tǒng)事件構(gòu)成了事件庫(kù)，不同事件具有不同的觸發(fā)模式。系統(tǒng)事件通過(guò)硬件中斷所觸發(fā)，具有較快的響應(yīng)速度。開(kāi)發(fā)人員自定義用戶事件，以EzCAN協(xié)議數(shù)據(jù)包為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件觸發(fā)。

其二，定義事件、動(dòng)作等圖形化表現(xiàn)形式。在定義事件庫(kù)之后，為了能夠?qū)⑹录愋团c其他編程元素區(qū)分開(kāi)來(lái)，就要將其表現(xiàn)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就是圖形化方案。

其三，定義動(dòng)作函數(shù)庫(kù)。動(dòng)作函數(shù)庫(kù)中具有控制機(jī)器人的函數(shù)，開(kāi)發(fā)人員直接調(diào)用算法和程序，以此縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，提高系統(tǒng)執(zhí)行速度。

其四，圖形化界面操作設(shè)計(jì)。根據(jù)其三選擇實(shí)現(xiàn)圖形化編程平臺(tái)，設(shè)計(jì)圖形化界面中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，基于可維護(hù)性、擴(kuò)展性及跨平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)圖形化界面操作。

其五，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)圖形編譯系統(tǒng)。將圖形化程序轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。

2 圖形編輯器設(shè)計(jì)

通過(guò)MVC架構(gòu)模型對(duì)圖形編輯器進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)層、表現(xiàn)層和控制層實(shí)現(xiàn)圖形編輯器的演化。圖形編輯器模型的主要目的就是實(shí)現(xiàn)軟件處理過(guò)程中問(wèn)題的抽象化，并且將應(yīng)用過(guò)程中的邏輯關(guān)系、核心數(shù)據(jù)和處理過(guò)程進(jìn)行封裝。視圖的主要目的就是使用圖形等方式，將后臺(tái)模型中的邏輯關(guān)系、數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息充分展現(xiàn)出來(lái)。控制器的作用就是實(shí)現(xiàn)用戶在使用過(guò)程中能夠操作編輯器，并且協(xié)調(diào)模型和視圖。圖形編輯器設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)Eclipse平臺(tái)中的CEF插件進(jìn)行的。以下對(duì)上述關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 視圖的設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)圖形方式編程就要使用圖形符號(hào)，那么就要使元模型中的語(yǔ)言元素變?yōu)閳D形符號(hào)，并且通過(guò)前臺(tái)實(shí)現(xiàn)圖形代碼的連接和組合，將此形式相互聯(lián)系成為視圖圖形。視圖設(shè)計(jì)是擴(kuò)充圖形語(yǔ)言的抽象化過(guò)程，通過(guò)使元模型中的基本元素成為對(duì)應(yīng)的圖形類，還要使連接線、圓形和矩形等圖形符號(hào)成為程序代碼和邏輯關(guān)系，能夠在前臺(tái)以圖形的方式為用戶呈現(xiàn)。視圖圖形類還能夠解決與圖形編輯相關(guān)的問(wèn)題，比如尺寸的修改、組合的分離、移動(dòng)等圖形實(shí)施的操作。

2.2 模型的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)模型的主要目的就是為了將圖形代碼中的核心數(shù)據(jù)和邏輯關(guān)系進(jìn)行保存，通過(guò)視圖圖形將圖形代碼結(jié)構(gòu)、邏輯及內(nèi)容展示在前臺(tái)中。在后臺(tái)中，編輯器要對(duì)視圖圖形創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的模型對(duì)象，使其保存代碼信息。編輯器創(chuàng)建的模型對(duì)象實(shí)質(zhì)為元模型的基本要素對(duì)象，設(shè)計(jì)模型就是以編碼為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)元模型中的所有元素和元素之間的語(yǔ)法和語(yǔ)義。

在元模型中添加管理監(jiān)聽(tīng)器的機(jī)制，能夠使客戶調(diào)用程序?qū)δＰ蛯?duì)象進(jìn)行操作，從而對(duì)內(nèi)部屬性值進(jìn)行修改，那么模型對(duì)象也就會(huì)將修改的內(nèi)容和類型都通知到監(jiān)聽(tīng)器中。之后，根據(jù)模型的變化進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。比如用戶通過(guò)屬性編輯器改變條件語(yǔ)句的判斷條件之后，其內(nèi)部變量Condition值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)監(jiān)聽(tīng)器模型中的SET對(duì)象，將Condition變量的值發(fā)送到監(jiān)聽(tīng)器中。

2.3 控制器的設(shè)計(jì)

控制器的主要作用是協(xié)調(diào)視圖及模型，本文通過(guò)擴(kuò)展和繼承GEF中的EditPart類對(duì)控制器進(jìn)行操作。

2.3.1 實(shí)現(xiàn)模型對(duì)象的監(jiān)聽(tīng)

控制器作為內(nèi)部模型對(duì)象中的一部分，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)聽(tīng)器的接口。當(dāng)模型對(duì)象向控制器發(fā)送改變內(nèi)部數(shù)據(jù)的命令的時(shí)候，控制器就會(huì)根據(jù)改變之后的類型和內(nèi)容創(chuàng)建另外一個(gè)視圖。除了創(chuàng)建新視圖之外，控制器還能夠?qū)⒁晥D的位置、尺寸及連接等特性進(jìn)行改變，從而保證視圖和模型能夠?qū)?yīng)。為了使控制器能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，每個(gè)控制器都要根據(jù)自身需求實(shí)現(xiàn)視圖的創(chuàng)建和更新。

2.3.2 編輯并為對(duì)應(yīng)的模型對(duì)象反饋信息

控制器的功能主要是通過(guò)命令類和編輯策略類實(shí)現(xiàn)的。命令類主要包括對(duì)模型對(duì)象和內(nèi)部屬性進(jìn)行更新的具體類，就控制器來(lái)說(shuō)，要通過(guò)特定的需求和相對(duì)應(yīng)的編輯策略類滿足用戶編輯的需求，以此對(duì)后臺(tái)模型的內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，使編輯操作和模型數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)。編輯策略類在控制器的內(nèi)部，能夠根據(jù)用戶編輯視圖的類型創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的命令類對(duì)象。

2.3.3 設(shè)計(jì)代碼轉(zhuǎn)換器

設(shè)計(jì)代碼轉(zhuǎn)換器的作用主要是通過(guò)圖形編輯器后臺(tái)中的模型對(duì)象，以此獲得全新的圖形代碼，之后調(diào)用翻譯部件自動(dòng)生成文本代碼，最終使代碼能夠滿足Java語(yǔ)言需求。其中翻譯部件的主要功能就是實(shí)現(xiàn)翻譯，是以代碼模板機(jī)制為基礎(chǔ)進(jìn)行的，其主要思想就是通過(guò)對(duì)文本代碼內(nèi)容進(jìn)行劃分，包括穩(wěn)定的主體框架及變動(dòng)的局部細(xì)節(jié)。前者表示代碼模板，后者是通過(guò)查詢模型對(duì)象得到的。

要使元模型中的語(yǔ)言元素能夠具有對(duì)應(yīng)的翻譯部件，比如IfElse元素，它的翻譯部件表示為IfElseCodeGen，使其通過(guò)次序把字符串中的if、空白符、左括號(hào)“（”、判斷條件字符串、右括號(hào)“）”、左大括號(hào)“{”、由trueSegment變量產(chǎn)生的語(yǔ)句塊代碼字符串、右大括號(hào)“}”、“else”、左大括號(hào)“{”、由falseSegment變量產(chǎn)生的語(yǔ)句塊代碼字符串、右大括號(hào)“}”寫(xiě)入到緩沖變量codeBuffer中，在整個(gè)翻譯結(jié)束之后，codeBuffer中的Java代碼字符串與IfElse元素實(shí)例相對(duì)應(yīng)。

代碼模塊要求翻譯部件根據(jù)設(shè)定好的步驟進(jìn)行元素實(shí)例的查詢，之后根據(jù)設(shè)定好的位置、順序和形式將文本代碼寫(xiě)入到緩沖變量中。

為了能夠使本文中所設(shè)計(jì)的圖形編程工具能夠?qū)嶋H應(yīng)用，就將設(shè)計(jì)好的圖像編程工具率先在游戲機(jī)器人中使用。用戶可以根據(jù)此工具實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的圖像編程，使機(jī)器人能夠代替自己玩游戲?；诖?，可以得出，本文中所設(shè)計(jì)的圖形編程工具能夠在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用，并且能夠滿足不同人群的需求，還能夠提高圖形編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)效率，并且增強(qiáng)圖形編輯器在使用過(guò)程中的可復(fù)用性及維護(hù)性。此圖形編程工具也可以在其他語(yǔ)言編程設(shè)計(jì)過(guò)程中使用。

3 結(jié)論

本文主要研究了基于Java語(yǔ)言的圖形編程工具的設(shè)計(jì)，把純文本語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為圖形。與文本編程相比，本文中所涉及的圖形編程具有一定的優(yōu)勢(shì)，比如：界面生動(dòng)形象，人們理解起來(lái)更加方便；使用起來(lái)較為簡(jiǎn)單，在沒(méi)有編程知識(shí)的基礎(chǔ)上也能夠使用，不受年齡及技能掌握程度的限制；方便了開(kāi)發(fā)人員將抽象化的邏輯問(wèn)題通過(guò)簡(jiǎn)潔的形式進(jìn)行表示，有效提高了程序設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

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