王宏明，林衛(wèi)永，王泉榮，溫業(yè)中

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XML 是一種廣泛使用的具有結(jié)構(gòu)性和自描述性的標(biāo)記語(yǔ)言，在有軌電車領(lǐng)域的工程建模、配置文件、數(shù)據(jù)交換等功能上常被使用。由于軌道交通領(lǐng)域的安全、效率等要求，C/C++語(yǔ)言常當(dāng)做實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言。但是由于C++語(yǔ)言缺少java、C#等高級(jí)語(yǔ)言的反射特性，將XML 文件讀取到系統(tǒng)內(nèi)部，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠理解的對(duì)象時(shí)，沒有自動(dòng)轉(zhuǎn)換的方法，實(shí)現(xiàn)比較繁瑣，代碼中充斥著if、else 等判斷，代碼的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性都比較差。在將C++對(duì)象寫入到XML 文件時(shí)，也需要通過定義一大堆的字符串來(lái)寫到XML 文件中，代碼的可維護(hù)性，可擴(kuò)展性都不夠好。文獻(xiàn)[1]通過Java 來(lái)實(shí)現(xiàn)了XML到編程語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換，將XML 元素對(duì)應(yīng)到定義好的Java 類中，但是對(duì)于如何具體實(shí)現(xiàn)XML 節(jié)點(diǎn)到Java 屬性的載入沒有涉及。文獻(xiàn)[2]對(duì)于XML 和數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)象模型的轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)算法進(jìn)行了闡述，也沒有對(duì)如何實(shí)現(xiàn)該機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)的描述。文獻(xiàn)[3]對(duì)于如何將一個(gè)定義好的結(jié)構(gòu)體輸出到XML 文件中進(jìn)行研究，但是缺少通用性。

本文提出一種基于QT 的XML 文件自動(dòng)轉(zhuǎn)換的方法，只需要定義好類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就能夠自動(dòng)的將符合要求的XML 載入進(jìn)來(lái)，同時(shí)也能將C++對(duì)象按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義，以XML 格式保存。

1 XML文檔分析

以有軌電車的軟件領(lǐng)域經(jīng)常用到的XML 配置文件為例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

對(duì)于該文檔，可以得到一個(gè)XML 模式定義D,按照文獻(xiàn)[4]的五元組定義進(jìn)行分析，可以得到文檔樹，如圖1 所示。

圖1 XML文檔樹Fig.1 XML file tree

對(duì)示例文檔對(duì)象分析，可知，該文檔需要3 個(gè)C++類進(jìn)行對(duì)應(yīng)。使用UML 圖來(lái)表示3 個(gè)類及關(guān)系，如圖2 所示。

圖2 UML類圖Fig.2 UML class diagram

2 C++及QT結(jié)合的動(dòng)態(tài)生成對(duì)象原理

對(duì)于XML 文檔與C++類之間，已經(jīng)得到對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系。但是在C++語(yǔ)言上，還需要解決下面2 個(gè)問題。

1）動(dòng)態(tài)生成一個(gè)類對(duì)象實(shí)例

C++本身沒有根據(jù)名字生成類對(duì)象實(shí)例的功能。想要在讀取XML 的parameters 節(jié)點(diǎn)時(shí)生成QParameters 的實(shí)例，可以用C++的模板功能來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)生成類對(duì)象實(shí)例的功能。示例代碼如下：

通過createInstance()的方式，可以生成QParameters 類的對(duì)象實(shí)例。

為了能夠讓C++程序能夠通過名字查詢到該函數(shù)，然后調(diào)用，還需要定義個(gè)函數(shù)指針類型。

typedef QObject＊ (＊createInstance_func)(QObject＊ parent );

然后通過哈希表QHast的形式，就可以通過名字得到對(duì)象實(shí)例。

2）動(dòng)態(tài)設(shè)置類屬性的值

C++有運(yùn)行時(shí)類型信息RTTI(Run-Time Type Identif ication),但是該信息只能用來(lái)鑒別類型，無(wú)法操作類的成員變量。

C++類本身沒有屬性，只有類成員變量及類成員函數(shù)，不提供動(dòng)態(tài)設(shè)置成員變量的功能。但是QT 提供了一套元對(duì)象系統(tǒng)(Meta-Object System)，可以幫助實(shí)現(xiàn)該功能。

首先要基于QT 的元對(duì)象系統(tǒng)來(lái)賦予C++類屬性的功能。通過在類中使用以下定義:

Q_PROPE RT Y(int carl ength READ getCarlength WRITE getCarlength)

可以賦予C++類屬性。示例中的carLength就是屬性名。

有了屬性以后,把這個(gè)XML 節(jié)點(diǎn)的值48 賦予屬性carlength，其實(shí)現(xiàn)方式為調(diào)用QObject::setProperty 方法。

3 算法設(shè)計(jì)

XML 文檔的解析，主要有兩種方式，一種文檔對(duì)象模型DOM（Document Object Model）,使用樹形結(jié)構(gòu)來(lái)描述XML 文檔，層次結(jié)構(gòu)清晰，較為符合人類的抽象認(rèn)知，在處理過程中會(huì)將整個(gè)文檔的內(nèi)容都載入到內(nèi)存中，內(nèi)存占用率較高。另外一種是流式解析的SAX(simple API for XML)，相比于DOM，SAX 的速度更快，效率更高，但它是逐行掃描，邊掃描邊解析，操作復(fù)雜。為便于說(shuō)明，后面使用DOM 的方式來(lái)說(shuō)明。

XML 文檔的內(nèi)容如圖1 所示，configuration為根節(jié)點(diǎn)，parameters 和database 作為其子節(jié)點(diǎn)。對(duì)于每一個(gè)子節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行如圖3 所示的處理。

1）根據(jù)傳入的DOM 節(jié)點(diǎn)，判斷是否有子節(jié)點(diǎn)。有子節(jié)點(diǎn)則認(rèn)為是復(fù)合屬性，否則為簡(jiǎn)單屬性。

2）如果為簡(jiǎn)單屬性，則提取子節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容，賦值給對(duì)象實(shí)例。然后繼續(xù)處理下一子節(jié)點(diǎn)。

3）如果是復(fù)合屬性，那么根據(jù)前述的createInstance 方法，按照子節(jié)點(diǎn)名，動(dòng)態(tài)生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的對(duì)象實(shí)例。

4）對(duì)3）生成的對(duì)象實(shí)例進(jìn)行內(nèi)容組裝。

圖3 子節(jié)點(diǎn)處理流程Fig.3 Child node processing flow

5）判斷當(dāng)前子節(jié)點(diǎn)的屬性名是否記錄在List類型的信息中，如果是List 類型的，則按照List屬性的方法來(lái)組裝。

6）如果不是List 類型的屬性，則將該對(duì)象實(shí)例的值賦予父實(shí)例對(duì)象。

通過以上步驟，可以通過遞歸的方式，高效得將XML 文件內(nèi)容轉(zhuǎn)換為C++的對(duì)象實(shí)例。

將C++對(duì)象實(shí)例轉(zhuǎn)換XML 形式輸出相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需要遍歷C++類的所有屬性，然后組成XML 節(jié)點(diǎn)即可，在此不再贅述。

4 算法實(shí)現(xiàn)

依據(jù)動(dòng)態(tài)對(duì)象生成原理和算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)部分主要分為兩部分：動(dòng)態(tài)對(duì)象生成的實(shí)現(xiàn)和對(duì)象實(shí)例組裝的實(shí)現(xiàn)。

動(dòng)態(tài)對(duì)象生成模塊使用一個(gè)泛型類DynamicObjectFactory。 該 類 主 要 就 是 構(gòu)建對(duì)象生成原理中的哈希表QHash。

由于QT 中只有QObject 的派生類才能使用屬性，所以要求的XML 相關(guān)的類需要從QObject 派生。通過此方法將類名字和創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例的方法注冊(cè)保存，以便后續(xù)使用。

對(duì)象實(shí)例的組裝模塊，定義了一個(gè)基類XmlBaseData，由基類來(lái)實(shí)現(xiàn)XML 轉(zhuǎn)換的工作，那么以后使用時(shí)，只需要定義XML 節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的類，即可將XML 轉(zhuǎn)換為C++的對(duì)象實(shí)例。

XmlBaseData 的類結(jié)構(gòu)如圖4 所示。內(nèi)部有兩個(gè)靜態(tài)的成員變量，分別記錄List 類型的屬性和復(fù)合屬性，以便組裝實(shí)例的時(shí)候名字的查找。

圖4 XMLBaseData的UML類圖Fig.4 UML class diagram of XMLBaseData

load 函數(shù)用于將XML 的內(nèi)容組裝到C++對(duì)象實(shí)例中，write 則將對(duì)象實(shí)例以XML 的方式寫出到文件中。

preload 函數(shù)則是為了一些特殊的節(jié)點(diǎn)或類型預(yù)留，為一個(gè)返回0 的空函數(shù)。在派生類需要對(duì)某些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行特殊處理預(yù)留。

registerAllProp 函數(shù)是需要在派生類的構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用1 次的函數(shù)，即所有該類的實(shí)例只需要進(jìn)行1 次處理的函數(shù)。該函數(shù)的作用是遍歷當(dāng)前類的所有屬性，將所有的復(fù)合屬性保存到complexProps 哈希表中，以便于后續(xù)的處理。

以本文中的示例XML 文檔為例，需要?jiǎng)?chuàng)建如下的類，類關(guān)系如圖5 所示。

3 個(gè)XML相關(guān)的類QConfiguration、QParameters、QDatabase 都從XmlBaseData 基類派生，本身不需要特別定義方法，只需定義數(shù)據(jù)的屬性即可。在使用時(shí)，只需調(diào)用基類的load 函數(shù)即可將XML 文件內(nèi)容讀入。

圖5 UML類關(guān)系圖Fig.5 UML class relationship diagram

示例代碼如圖6 所示。

圖6 示例代碼Fig.6 Sample code

運(yùn)行結(jié)果如圖7 所示。

只需定義好數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的成員，通過短短3 ～5行代碼就可以完成XML 讀取的工作。

5 結(jié)語(yǔ)

提出一種將XML 文檔和C++對(duì)象實(shí)例的互相轉(zhuǎn)換方法，并實(shí)現(xiàn)了該方法。該方法能夠讓開發(fā)人員關(guān)注于數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)，從繁瑣的字符串比較，一大堆的if-else 組合中解放出來(lái)，使用較少的代碼高效地實(shí)現(xiàn)了從XML 文件到C++對(duì)象實(shí)例的轉(zhuǎn)換，具有通用性，同時(shí)也為特殊需要提供了接口預(yù)留。該方法使用了基于QT 的實(shí)現(xiàn)方式，由于QT 是跨平臺(tái)的架構(gòu)，所以該方法可以在windows 和Linux上跨平臺(tái)使用。

圖7 示例代碼運(yùn)行結(jié)果Fig.7 Operation result of sample code