№1: Концепція об’єктно-орієнтованого програмування. Об’єктна модель. 2 - страница 5

^ Частина ІІ

Об’єктно-орієнтоване програмування під ОС Windows


Тема № 5: Основи операційної системи Windows

План

1. Основи операційних систем та класифікація ОС Windows.

2. Інтерфейс прикладного програмування (Application programming interface - API).

3. Графічний інтерфейс користувача (User graphic interface – GUI).


Основи операційних систем.

Операційна система (ОС) Windows на даний час є стандартом де-факто для персональних комп’ютерів. У світі спостерігається найбільша кількість продаж та найширше розповсюдження саме цієї ОС.

Довільна сучасна операційна система повинна володіти набором можливостей для керування найбільш важливими ресурсами комп’ютера, серед яких:

- Пам’ять. ОС керує великим, неструктурованим простором адрес і при необхідності неявно переміщує дані з фізичної пам’яті на диск та у зворотному напрямку.

- ^ Файлова система. ОС керує простором іменованих файлів та забезпечує як прямий, так і послідовний доступ до даних, а також керує каталогами (папками) та файлами. Більша частина системи має ієрархічний простір імен.

- Іменування та визначення розміщення ресурсів. Правила іменування файлів допускають довгі змістовні імена, дана схема іменування розповсюджується і на інші об’єкти, такі як об’єкти синхронізації та взаємодії між процесами. ОС також визначає розміщення іменованих об’єктів та керує доступом до них.

- Багатозадачність. ОС повинна керувати процесами потоками та іншими модулями незалежного асинхронного виконання. Задачі можуть плануватися в залежності від пріоритетів, що визначаються динамічно.

- ^ Зв’язок та синхронізація. ОС керує зв’язком та синхронізацією між задачами в межах однієї системи, а також з’єднанням між системами через мережу, локальну чи глобальну.

- ^ Захист та безпека. ОС забезпечує гнучкі механізми захисту ресурсів від несанкціонованого або випадкового доступу та пошкодження.

Усім згаданим вимогам в певній мірі відповідає ОС Windows, а саме Win32. Хоча в деяких випадках існують обмеження на повноту ОС в залежності від платформи. На даний час підтримуються наступні платформи під загальною назвою Windows.

- Windows XP, об’єднує в собі можливості гілки Windows 2000 (NT) та Windows 9х. З одного боку захищеність, а іншого можливість прямого доступу до ресурсів.

- Windows 2000, продовження гілки NT – захищеної ОС. Призначена для серверів та потужних настільних систем.

- Windows NT 4.0, захищена ОС. В даний час за NT вважають NT 4 Service Pack 3 (SP 3), найбільш повну позбавлену первинних недоліків ОС.

- Windows 95 та Windows 98 (Windows 9х) – настільні ОС, що не мають системи безпеки. Основне їх призначення – плавний перехід від DOS до Windows NT .

- Windows CE, призначена для малих систем та вбудованих процесорів и забезпечує дяку підмножину функцій Win32.

ОС Windows зараз домінує на ринку ОС для персональних та малих комп’ютерів. У той же час поступово просувається і на ринок великих машин. Основою успіху цієї ОС є вдала маркетингова політика та орієнтація на одночасно на користувача та розробника прикладного програмного забезпечення. Незважаючи на справедливу критику стосовно надійності та завершеності ОС завойовування нею ринку буде продовжуватися.

До основних переваг ОС Windows можна віднести:

- підтримка функціональності, а з нею і розробленого програмного забезпечення знизу до верху (від DOS до Windows);

- зручний контекстно зрозумілий інтерфейс користувача;

- можливість роботи на широкому спектрі апаратних платформ;

- Windows NT та Windows 2000 сертифіковані в Агентстві національної безпеки США за рівнем С2;

- в ОС Windows інтегровані деякі можливості, що в сукупності недоступні іншим операційним системам (потоки, рівень безпеки С2).

З іншого боку Windows не є відкритою та стандартизованою системою. Це накладає певні незручності на розробку та підтримку програмного забезпечення для неї. Але незважаючи на це ідеологія підтримки програмної сумісності знизу до верху компенсує в певній мірі відсутність жорстких стандартів.


Інтерфейс прикладного програмування (API)

Основним посередником між ядром операційної системи та прикладним програмним забезпеченням є Інтерфейс прикладного програмування (Application programming interface - API). Саме через функції API розробник програмного забезпечення спілкується з операційною системою. Гнучкість, наповненість та ефективність функцій API визначає успіх операційної системи. Сучасні версії Windows базуються на API Win32, 32-розрідному API, до якого входить більше ніж 2000 функцій та більше чим 200 макровизначень, повідомлень та констант.

Для успішного освоєння Win32 необхідно запам’ятати декілька основних особливостей, які впливають на стиль програмування та методику керування, серед них:

- майже кожен системний ресурс є об’єктом ядра, який ідентифікується дескриптором (в інших операційних системах для різних об’єктів використовуються різнотипні ідентифікатори);

- об’єктом ядра повинен керувати API Win32 і нема ніяких “обхідних шляхів”. Ця умова відповідає принципам абстракції даних в об’єктно-орієнтованому програмуванні;

- до об’єктів відносяться файли, процеси, потоки, канали для взаємодії між процесами, відображення в пам’ять, події та інше. Об’єкти мають атрибути безпеки;

- API Win32 містить багато функцій, що виконують однакові або подібні дії; зокрему функції “напівфабрикати”, що об’єднують в одній функції послідовності функцій, що найчастіше викликаються;

- у Win32 входять різноманітні механізми синхронізації та взаємодії, що спеціалізовані для різних вимог;

- основним модулем виконання в Win32 є потік. Один процес може мати оин або декілька потоків;

- функції Win32 мають довгі змістовно навантажені імена;

- імена стандартних типів для API складаються з символів верхнього регістру та також мають змістовне навантаження;

- для вказівників на стандартні типи використовується макровизначення в яких застосовується префікс LP.

На даний час ОС Windows базується на API Win32, але інтенсивно ведуться роботи над платформою Win64. Перехід на цю платформу зумовлений прагненням розширити спектр застосування Windows на великих машинах та апаратно програмних комплексах.


^ Графічний інтерфейс користувача (GUI)

Основним посередником між ОС Windows та користувачем є Графічний інтерфейс користувача (User graphic interface – GUI). Розробники ОС прагнули зробити його не тільки зручним та інтуїтивно зрозумілим для роботи, але й щоб програми від інших розробників за своїм інтерфейсом на значно відрізнялися від системних програм. Дотримання однакового інтерфейсу, однакових механізмів роботи з програмами (засобів керування), дозволяє користувачу швидше освоювати ці продукти та не створює дискомфорту при роботі з багатьма програмними продуктами різного призначення.

^ Основні елементи GUI.

До основних елементів GUI ОС Windows можна віднести наступні:

- вікно (Window) – прямокутна ділянка екрану для організації обміну даними між користувачем та програмою. Користувач одночасно може здійснювати ввід даних тільки в одне, активне, вікно і відповідно в програму до якої воно відноситься;

- діалогове вікно (Dialog Box) – тимчасове вікно для запиту в користувача введення даних, зазвичай додаткових даних. Розрізняють модальні та немодальні блоки діалогу. Модальне вікно вимагає обов’язкової відповіді користувача і блокує всі інші вікна програми;

- елемент керування (Control) – дочірнє вікно, що розміщене на основному вікні та служить для введення/виведення елементарних даних.

До основних простих елементів керування відносяться:

- кнопка (Button) – зазвичай повідомляє програму, що користувач вибрав (натиснув) цей елемент. Розрізняють декілька видів кнопок: звичайна, що спрацьовує при натисканні (Push Button); перемикач (Radio Button); прапорець (Check Button) та група (Group Box);

- текстове поле (Edit) – простий редактор, що дозволяє проглядати, вводити та редагувати текст;

- список (List Box) – засіб для відображення списку елементів з можливістю вибору одного або декількох з них;

- комбінований список (Combo Box) – комбінація списку з текстовим полем Дозволяє вибрати та редагувати елемент списку;

- смуга прокрутки (Scroll Bar) – дозволяє вибрати напрямок та прокручувати інформацію у зв’язаному з нею вікні;

- статичний елемент (Static) – застосовується як коментар для інших елементів керування, не піддається дії зі сторони користувача.

Крім простих елементів керування ОС Windows підтримує багато загальних елементів керування (common controls), які володіють розширеною функціональністю, досить часто використовуються при створенні графічного інтерфейсу користувача та стали стандартом де-факто для багатьох віконних програм. До них можна віднести:

- змінюваний список (Drag List Box) – тип списку, що дозволяє перетягувати його елементи міняючи порядок їх відображення.

- перегляд списку (List View) – засіб для структурованого перегляду списку, допускає відображення піктограм та тексту. Дозволяє побудувати список у вигляді таблиці.

- рядок стану (Status Line) - горизонтальна смуга в нижній частині батьківського вікна призначена для відображення різноманітної інформації про біжучий стан програми.

- панель інструментів (Tool Bar) – дочірнє вікно, що складається з набору кнопок для швидкого виклику команд.

- підказка (Tool Tip) – спливаюче вікно з текстом, що коротко пояснює елемент керування.

- перегляд дерева (Tree View) – вікно для перегляду даних, що організовані у вигляді дерева. Кожен елемент дерева може містити певну піктограму.

- вкладка (Tab) – засіб, що дозволяє створювати елементи керування, що подібні до закладок в книжці. Вкладки використовуються для зміни сторінок в одній і тій самій ділянці відображення.

- вікно властивостей (Property Sheet) – вікно, що дозволяє переглядати та редагувати властивості деякого об’єкту. Воно будується на основі “вкладок”. Дозволяє будувати діалоги з послідовним гортанням сторінок.

- гаряча клавіша (Hot Key) – дозволяє задавати комбінації клавіш для швидкого виклику команди. Цей засіб відображає вибір користувача та перевіряє чи він є допустимим.

- індикатор (Progress Bar) – засіб для індикації тривалої роботи процесу або операції. Відображається у вигляді прямокутника, що поступово заповнюється.

- лінійка з повзунком (Track Bar) – елемент керування у вигляді повзунка та лінійки з насічками, який дозволяє плавно міняти числове значення зв’язане з ним від мінімуму до максимуму.

- лічильник (Up-Down) – пара кнопок зі стрілками для дискретного збільшення або зменшення зв’язаного з цим лічильником елемента керування.

- розширений редактор (Rich Edit) – редактор RTF-формату з розширеними можливостями. Дозволяє керувати шрифтами, кольором, розміром, вирівнюванням. Підтримує роботу з OLE об’єктами.

- перегляд відео-кліпів (Animator) – дозволяє переглядати відео-кліпи у форматі AVI (Audio Video Interleaved). Відображає тільки відео без звукового оформлення.

На основі базових елементів керування будуються всі інші. Зокрема зі стандартною бібліотекою поставляються вже готові діалоги. Наприклад: для навігації файловою системою; вибору параметрів шрифту; вибору кольору та інші.

Типові засоби керування на обмежують програміста (він може створити довільний графічний інтерфейс на основі своїх засобів), але значно спрощують та стандартизують процес розробки.

^ Ресурси програм.

Кожна програма володіє низкою стандартних ресурсів або ресурсів користувача. Ресурсами програми називаються масиви даних які розробник може добавити у модуль, що виконується. До стандартних ресурсів відносяться:

- Акселератори (accelerators) – структури даних, що містять списки гарячих клавіш.

- Бітові масиви (bitmaps) – піктограми, що відображаються на елементах керування.

- Курсори (cursors) – бітові масиви, що використовуються як вказівники миші.

- Значки (icons) – бітові масиви, що використовуються для візуалізації різноманітних об’єктів у системі та програмі.

- Шаблони діалогів (dialogs) – заготовки типових діалогових вікон з влаштованими засобами керування.

- Шаблони меню (menus) – заготовки для створення меню програми.

- Шаблони панелей інструментів (toolbars) – заготовки для створення панелей інструментів користувача.

- Таблиці символьних рядків (string tables) – списки статичних символьних масивів (макровизначень), що використовуються програмою.

Ресурси зберігаються в структурованому вигляді у файлі та компілюються окремо. Вони можуть використовуватися різними програмами.

Доступ до ресурсів відбувається за числовими або рядковими ідентифікаторами.

^ Керування графічним виводом.

ОС Windows створювалася як графічна ОС. Вона забезпечує універсальність представлення інформації як на екрані, на друкарці так і на інших пристроях виводу, використовуючи для цього одні і ті самі примітиви відображення. Графічний вивід у Windows швидше за все зв’язаний з вікном чим з фізичним пристроєм.

^ Графічні об’єкти. Для відображення інформації в Windows використовуються наступні графічні об’єкти:

- бітові масиви (bitmaps) – прямокутні растрові зображення;

- олівці (pens) – задають параметри малювання ліній (товщина, колір та стиль);

- пензель (brushes) – задають параметри заливання замкнутих контурів (колір та стиль);

- шрифти (fonts) – задають параметри виводу тексту (ім’я шрифту, розмір та ін.);

- регіони (regions) – ділянки вікна правильної форми (прямокутник, еліпс) для виконання операцій в їх межах;

- логічні палітри (logical pallets) – забезпечують інтерфейс між програмою та кольоровим пристроєм виводу;

- контури (paths) – використовуються для означення контурів складних фігур.

Вивід графіки в Windows апаратно-незалежний. Прив’язку даних, що виводяться до конкретного пристрою виконує драйвер цього пристрою. Для реалізації апаратно-незалежної ідеології виводу використовуються спеціальні структури, що називаються контекстами пристроїв.

^ Контекст пристрою. Контекст пристрою – це структура, що визначає набір властивих йому графічних об’єктів (розглядалися вище) та зв’язаних з ними атрибутів та графічних режимів, які впливають на вивід.

У Win32 API визначено чотири типи контекстів пристроїв:

- екрану;

- друкарки;

- об’єктів в пам’яті (без безпосереднього виводу на екран);

- інформаційний (для отримання даних про пристрій).

З контекстом пристрою програма може виконувати наступні операції:

- перерахунок графічних об’єктів;

- встановлення нових графічних об’єктів;

- знищення графічних об’єктів;

- збереження та відновлення графічних об’єктів, їх атрибутів та графічних режимів.

Контекст пристрою також використовується для завершення довготривалих графічний операцій, що виконуються іншим процесом.

^ Графічні режими. Графічні режими використовуються для встановлення способів змішування кольорів, місця, параметрів виводу та ін. ОС підтримуються п’ять графічних режимів:

- налаштування фону – визначає спосіб змішування кольорів фону текстових об’єктів та растрових зображень, фону поля виводу (вікна чи екрану);

- відображення (промальовування) – визначає спосіб змішування кольорів олівців, пензлів, текстових об’єктів та растрових об’єктів з фоном поля виводу.

- масштабування – визначає спосіб перетворення логічних координат при виводі у вікна, на екран або друкарку;

- заливання контурів – визначає спосіб використання пензлів при заливанні складних контурів;

- стиску – визначає спосіб перетворення кольорів растрових зображень при їх збільшуванні (зменшуванні).

Шрифти. ОС Windows підтримує роботу зі шрифтами наступних типів:

- растрові (кожен символ зберігається як бітовий масив);

- векторні (для символу зберігається ламана лінія, що описує його контури);

- TrueType (містять інформацію про контурну лінію символу та способи масштабування).

Растрові шрифти швидко відображаються але погано мастабуються. Векторні, навпаки, добре мастабуються але повільно відображаються.



5009041038157523.html
5009119990631958.html
5009210766119200.html
5009280512213057.html
5009372431177507.html