什么是微软的 Application Framework?

 

我是荔园微风,作为一名在IT界整整25年的老兵,今天来看一下什么是微软的 Application Framework?

到底什么是 Application Framework?

还没有真正掌握任何一套Application Framework的使用之前,就来研究这个真的不是很明智,尤其如果你对面向对象还没有深刻体会的话。

一、知名杂志的说法

首先我们看看侯捷在其《程序员》杂志上的无责任书评中是怎么说的:演化(evolution)永远在进行,但这个世界却不是每天都有革命性(revolution) 的事物发生。动不动宣称自己(或自己的产品)是划时代的革命性的,带来的影响就像时下满街跑的大师一样使我们渐渐无动于衷(大师不可能满街跑)! 但是Application Framework 的的确确在我们软件界称得上具有革命精神。

什么是Application Framework?Framework这个字眼有组织、框架、体制的意思,Application Framework不仅是一般性的泛称,它其实还是面向对象领域中的一个专有名词。

基本上你可以说,Application Framework是一个完整的程序模型,具备标准应用软件所需的一切基本功能,像是文件存取、打印预览、数据交换...,以及这些功能的使用接口(工具栏、状态栏、菜单、对话框)。如果更以术语来说,Application Framework 就是由一整组合作无间的「对象」架构起来的大模型。喔不不,当它还没有与你的程序产生火花的时候,它还只是有形无体,应该说是一组合作无间的类架构起来的大模型。

这带来什么好处呢?程序员只要带个购物袋到类超级市场采买,随你要买MDI或OLE或ODBC或Printing Preview,回家后就可以轻易拼凑出一个色香味俱全的大餐。

类超级市场就是C++ 类库,以产品而言,在Microsoft 是MFC,在Borland 是OWL,在IBM则是OpenClass。这个类库不只是类库而已,传统的函数库(C Runtime 或 Windows API)乃至于一般类库提供的是生鲜超市中的一条鱼一支葱一颗大白菜,彼此之间没有什么关联,主掌中馈的你必须自己选材自己调理。能够称得上Application Framework 者,提供的是拼盘(就是那种带回家通通丢下锅就好的那种),依你要的是白菜火锅鱼头拼盘或是麻辣拼盘,菜色带调理包都给你配好。当然这样的拼盘是不能够就地吃的,你得给它加点能量。这能量就是所谓的application object(在 MFC 程序中就是派生自 CWinApp 的一个全局对象)。是这个对象引起了连锁反应(一连串的 'new'),使每一个形(类)有了真正的体(对象),把应用程序以及 Application Framework 整个带动起来。一切因缘全由是起。

Application Framework 带来的是,程序模型已经存在,程序员只要依个人需求加料就好:在派生类中改写虚函数,或在派生类中加上新的成员函数。这很像你在拼盘中依个人口味加盐添醋。

由于程序代码的初期规模十分一致(什么样风格的程序应该使用什么类,是一成不变的),而修改程序以符合私人需要的基本动作也很一致(我是指像开辟一个空的骨干函数这种事情),你动不了 Application Framework 的大架构,也不需要动。这是福利不是约束。

应用程序代码骨干一致化的结果,使优越的软件开发工具如 CASE(Computer Aid Software Engineering)tool 容易开发出来。你的程序代码大架构掌握在 Application Framework 设计者手上,于是他们就有能力制作出整合开发环境( Integrated Development Environment,IDE)了。这也是为什么 Microsoft、Borland、Symantec、Watcom、IBM 等公司的集成开发环境进步得如此令人咋舌的原因了。

有人说工学院中唯一保有人文气息的只剩建筑系,我总觉得信息系也勉强可以算上。带艺术气息的软件创作行为(我一直是这么认为的)将在 Application Framework 出现后逐渐成为工匠技术,而我们都将只是软件 IC 装配厂里的男工女工。其实也没什么好顾影自怜,功成名就的冠冕从来也不曾落在程序员头上;我们可能像纽约街头的工作者,自认为艺术家,可别人怎么看呢?不得而知!话说回来,把开发软件这件事情从艺术降格到工技,对人类只有好处没有坏处。不是亨利福特,我们又如何能够享受大众化的汽车?或许以后会出现「纯手工精制」的软件,谁感兴趣不得而知,我自己嘛...唔...倒是从来不嫌机器馒头难吃。

如果要三言两语点出 Application Framework 的特质,我会这么说:我们挖出别人早写好的一整套模块(MFC 或 OWL 或 OpenClass)之中的一部分,给个引子(application object)使它们一一具象化动起来,并被允许修改其中某些零件使这程序更符合私人需求,如是而已。

看了以上他说的内容,是不是一下子就明白了,不得不佩服啊。

二、普通程序员的说法

侯捷的这一段话实在已经点出Application Framework的精神。凝聚性强、组织化强的类库就是 Application Framework。一组合作无间的对象,彼此间靠消息的流动而沟通,并且互相调用对方的函数以求完成任务,这就是 Application Framework。对象存在哪里?在MFC中?MFC的各个类只是对象属性(行为)的定义而已,我们不能够说 MFC 中有实际的对象存在。唯有当程序被application object(这是一个派生自 MFC CWinApp 的全局对象)引出,才将我们选用的类一一具象化起来,产生实体并开始动作。

这样子说吧,静态情况下MFC 是一组类库,但在程序运行时期它就生出了一群有活动力的对象组。最重要的一点是,这些对象之间的关系早已建立好,不必程序员操心。好比说当用户按下菜单的【File/Open】项,开文件对话框就会打开;用户选好文件名后,Application Framework 就开始对着你的数据类,唤起一个名为Serialize 的特殊函数。这整个机制都埋好了,你只要把心力放在那个叫作 Serialize 的函数上即可。

选用标准的类,做出来的产品当然就没有什么特色,因为别人的零件和你的相同,做起来的成品也就一样。我指的是用户接口(UI)对象。但你要知道,软件工业发展到现阶段,UI 已经渐渐走上标准化了。软件一决胜负的关键在数据的处理。事实上,在真正做事这一点上,整个application framework 是无能为力的,也就是说对于数据结构的安排,数据的处理,数据的显示,Application Framework 所能提供的,无一不是单单一个空壳而已——在 C++ 语言来讲就是个虚函数。软件开发人员必须想办法改造(override)这些虚函数,才能符合个人所需。基于 C++ 语言的特性,我们很容易继承既有之类并加上自己的特色,这就是面向对象程序设计的主要精神。也因此,C++ 语言中有关于「继承」性质的份量,在MFC程序设计里头占有很重的比例,在学习使用MFC的同时,你应该对C++的继承性质和虚函数有相当的认识。

什么是微软的 Application Framework?_第1张图片

MFC 是一个零组件超级市场,所贩卖的零组件功能以及零组件

彼此之间的关系都已定义好;我们选择自己喜欢的零件,做出一个应用程序

Application Framework 究竟能提供我们多么实用的类呢?或者我们这么问:哪些工作已经被处理掉了,哪些工作必须由程序员扛下来?比方说一个标准的 MFC 程序应该有一个可以读写文件数据的功能,然而应用程序本身有它独特的数据结构,从 MFC 得来的零件可能与我的个人需求搭配吗?

我以另一个比喻做回答。

假设你买了一个整厂整线计划,包括仓贮、物料、MIS、生管,各个部门之间的搭配也都建立起来了,包含在整厂整线计划内。这个厂原先是为了生产葡萄酒,现在改变主意要生产白兰地,难道整个厂都不能用了吗?不!只要把进货原料改一改、发酵程序改一改、瓶装程序改一改、整个厂的其它设备以及设备与设备之间的联机配合都可以再利用。物料之后到生管,装瓶之后到仓贮,仓贮之后到出货,再加上 MIS监控全厂,这些程序都是不必改变的。

一个整厂整线计划,每一单元之间的联机沟通,合作关系,都已经建立起来,是一种构造好的运作模式。抽换某个单元的性质或部分性质,并不影响整体作业。整厂整线最重要最有价值的是各单元之间的流程与控制。

反映到面向对象程序设计里头,Application Framework 就是整厂整线规划,Application Framework 提供的类就是上述工厂中一个一个的单元。最具价值的就是各类之间的交互运作模式。

虽然文件读写(此动作在MFC 称为Serialize)单元必须改写以符合个人所需,但是单元与单元之间的关系依然存在而且极富价值。当用户在程序中选按【File/Open】或【File/Save】,框架窗口自动通知Document 对象(内存数据),引发Serialization 动作;而你为了个人的需求,改写了这个 Serialize 虚函数。你对 MFC 的改写范围与程度,视你的程序有多么特异而定。

可是如果酿酒厂想改装为炼钢厂?那可就无能为力了。这种情况不会出现在软件开发上,因为软件的必备功能使它们具有相当的相似性,Windows 又强调界面一致性,不然会给用户的操作带来学习阻力。好比说程序想支持 MDI 接口,想支持 OLE,这基本上是超越程序之专业应用领域之外的一种大格局,一种大架构,最适合 Application Framework 发挥。

很明显,Application Framework是一组超级的类库。能够被称为 Framework 者必须其中的类性质紧密咬合,互相呼应。因此你也就可以想象,Framework 所提供的类是一伙的,不是单片包装的。你把这伙东西放入程序里,你也就得乖乖遵循一种特定的(Application Framework 所规定的)程序风格来进进程序设计工作。

三、各类学习资料上的说法

那其他资料上又是怎么描述Application Framework的?

1985 年,Apple公司的MacApp严格而系统化地定义出做为一个商业化 Application Framework 所需要的关键理念:

这里所指的 support 并不只是视觉性 UI 组件如menu、dialog、listbox...,还包括一个应用程序所需要的其它功能设备,像是 Document, View, Printing, Debugging。

另一个相关定义出现在 Ray Valdes 于1992年10月发表于Dr. Dobb's Journal 的 "Sizing up Application Frameworks and Class Libraries" 一文之中:

什么是微软的 Application Framework?_第2张图片

Donald G. Firesmith 在一篇名为 "Frameworks : The Golden path of the object Nirvana" 的文章中对 Application Framework 有如下定义:

* Nirvana 是涅盘、最高境界的意思。

Bjarne Stroustrup(C++ 原创者)在他的 The C++ Programming Language 一书中对于Application Framework 也有如下叙述:

什么是微软的 Application Framework?_第3张图片

Kaare Christian 在1994/02/08的PC Magazine 中有一篇"C++ Application Frameworks" 文章,其中有下列叙述(节录):

两年前我在纽约北边的乡村盖了一栋 post-and-beam 房子。在我到达之前我的木匠已经把每一根梁的外形设计好并制作好,把一根根的粗糙木材变成一块块锯得漂漂亮亮的零件,一切准备就线程只待安装。(注:所谓post-and-beam 应是指那种梁柱都已规格化,可以邮购回来自己动手盖的DIY——Do It Yourself——房子)。

使用Application Framework建造一个Windows 应用程序也有类似的过程。你使用一组早已做好的零件,它使你行进快速。由于这些零件坚强耐用而且稳固,后面的工作就简单多了。但最重要的是,不论你使用规格化的梁柱框架来盖一栋房子,或是使用Application Framework 来建立一个 Windows 程序,工作类型已然改变,出现了一种完全崭新的做事方法。在我的 post-and-beam 房子中,工作类型的改变并不总是带来帮助;贸易商在预制梁柱的技巧上可能会遭遇适应上的困扰。同样的事情最初也发生在Windows 身上,因为你原已具备的某些以 C 语言写 Windows 程序的能力,现在在以C++ 和Application Framework 开发程序的过程中无用武之地。时间过去之后,Windows 程序设计的类型移转终于带来了伟大的利益与方便。Application Framework本身把message loops 和其它Windows的苦役都做掉了,它促进一个比较秩序井然的程序结构。

Application Framework——建立Windows应用软件所用的C++类库。Windows API 是程序性的,Application Framework 则让你写面向对象式的Windows程序。它们提供预先写好的机能(以 C++ 类型式呈现出来),可以加速应用软件的开发。

Application Framework 提供数种优点。或许最重要的,是它们在面向对象程序设计模式下对Windows 程序设计过程的影响。你可以使用 Framework 来减轻例行但繁复的琐事,目前的 Application Framework 可以在图形、对话框、打印、求助、OCX 控制组件、剪贴板、OLE 等各方面帮助我们,它也可以产生漂亮的UI接口如工具栏和状态栏。

借着Application Framework的帮助写出来的代码往往比较容易组织化,因为 Framework改变了Windows管理消息的方法。也许有一天Framework还可以帮你维护单一一套代码以应付不同的执行平台。使用Application Framework的主要缺点是,没有单一一套产品广被所有的C++编译器支持。所以当你选定一套 Framework,在某个范围来说,你也等于是选择了一个编译器。

作者简介:荔园微风,1981年生,高级工程师,浙大工学硕士,软件工程项目主管,做过程序员、软件设计师、系统架构师,早期的Windows程序员,Visual Studio忠实用户,C/C++使用者,是一位在计算机界学习、拼搏、奋斗了25年的老将,经历了UNIX时代、桌面WIN32时代、Web应用时代、云计算时代、手机安卓时代、大数据时代、ICT时代、AI深度学习时代、智能机器时代,我不知道未来还会有什么时代,只记得这一路走来,充满着艰辛与收获,愿同大家一起走下去,充满希望的走下去。

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