Разработка подсистемы визуализации моделей и их модификации (стр. 3 из 5)
При создании ОС Microsoft Windows компания Microsoft избавила программистов от необходимости учитывать аппаратные особенности видеоадаптеров, переложив эту задачу на драйверы видеоадаптеров. Эти драйверы создаются разработчиками видеоадаптеров и наилучшим образом реализуют возможности аппаратуры.
Что же касается приложений, то для них в составе ОС Microsoft Windows был предусмотрен набор системных функций, реализующих интерфейс графических устройств (Graphics Device Interface, GDI).
Интерфейс графических устройств GDI, как это можно предположить из названия, предназначен для взаимодействия приложений Microsoft Windows с графическими устройствами, такими как видеоадаптер, принтер или плоттер.
Когда приложения обращаются к GDI для выполнения операции вывода графического изображения, они работают не с реальными (физическими) устройствами вывода, а с логическими устройствами. Приложения Microsoft Windows не определяют тип видеоадаптера (EGA, VGA, SVGA и т.п.), а работают с логическим видеоадаптером, имеющим феноменальные характеристики: способность отображать практически любой цвет, имеющим огромное разрешение и т. д.
Выполняя запрос приложения, GDI обращается к драйверу соответствующего устройства вывода, работающему, в свою очередь, непосредственно с физическим устройством вывода. В процессе выполнения запроса GDI (или драйвер) учитывает ограниченные возможности видеоадаптера и его аппаратные особенности, делая необходимые приближения.
Например, приложение может указать для цвета линии любой из примерно 16 млн. цветов, однако не всякое устройство обладает таким цветовым разрешением (ограничения на количество одновременно отображаемых цветов присутствуют, например, в карманных компьютерах). В зависимости от типа физического устройства, используемого для вывода, GDI может выбрать для отображения цвет, наиболее соответствующий запрошенному цвету, и допустимый для устройства.
Например, если устройство вывода монохромное, вместо различных цветов могут использоваться градации серого цвета. Поэтому приложение может запросить для вывода любой цвет, но для рисования будет использован только такой, который может использовать данное физическое устройство [4].
Такая ситуация, когда приложение запрашивает у ОС Microsoft Windows одно, а получает другое, возникает не только при работе с цветом. Приложение может запросить для вывода шрифт, описав его характеристики. Интерфейс GDI подберет для вывода наиболее подходящий (с его точки зрения) шрифт, соответствующий описанию, и предоставит его приложению.
Приложения Microsoft Windows способны работать в неизменном виде на любом оборудовании, лишь бы был соответствующий драйвер. Чем лучше используемая аппаратура, чем большими возможностями она обладает, тем ближе будут параметры полученного шрифта и цвета соответствовать запрошенным.
Поэтому даже если сейчас в нашем распоряжении есть только видеоадаптер с ограниченным количеством отображаемых цветов, при разработке приложений Microsoft Windows Вы можете не ограничивать себя дюжиной цветов. Ваше приложение должно быть сделано так, чтобы оно могло использовать любой цвет. Со временем, когда у Вас появится современный видеоадаптер, окно Вашего приложения засветится всеми цветами радуги, причем для этого не придется вносить никаких изменений в само приложение.
С точки зрения приложений, интерфейс GDI состоит из контекста отображения и инструментов, предназначенных для рисования.
Контекст отображения можно сравнить с листом бумаги, на котором приложение рисует то или иное графическое изображение, а также пишет текст. Инструменты для рисования — это перья, кисти (а также шрифты и даже целые графические изображения), с помощью которых создается изображение.
Кроме контекста отображения и инструментов для рисования, приложениям доступны десятки функций программного интерфейса GDI, предназначенные для работы с контекстом отображения и инструментами. Что же касается приложений Microsoft .NET Framework, то они реализуют возможности интерфейса GDI+ с помощью набора соответствующих классов и интерфейсов.
В терминах ОС Microsoft Windows контекст отображения (display context) представляет собой структуру данных, описывающую устройство отображения. В этой структуре хранятся различные характеристики устройства и набор инструментов для рисования, выбранный по умолчанию. Приложение может выбирать в контекст отображения различные инструменты (например, перья различной толщины и цвета, с различными «наконечниками»). Поэтому если Вам надо нарисовать линию красного или зеленого цвета, перед выполнением операции следует выбрать в контекст отображения соответствующее перо.
Заметим, что функции рисования GDI, входящие в программный интерфейс Win32 API, не имеют параметров, указывающих цвет или толщину линии. Такие параметры хранятся в контексте отображения.
Приложение может создать контекст отображения не только для окна приложения, но и для любого другого графического устройства вывода, например, для принтера. В последнем случае оно может рисовать на принтере различные изображения, используя те же функции, что и для рисования в окне приложения.
Можно создать контекст отображения для метафайла. Метафайл — это обычный файл или файл в памяти, в котором хранятся последовательности команд интерфейса GDI. Приложение может выполнять графический вывод в метафайл как в обычное устройство вывода, а затем «проигрывать» метафайл на реальном устройстве вывода.
Контекст устройства в терминах ОС Microsoft Windows выступает в роли связующего звена между приложением и драйвером устройства (рис. 1) и представляет собой структуру данных размером примерно 800 байт. Эта структура данных содержит информацию о том, как нужно выполнять операции вывода на данном устройстве (цвет и толщину линии, тип системы координат и т. д.).
Рисунок 2.1 - Вывод данных через контекст устройства
Если приложение получает или создает контекст для устройства отображения, такой контекст называется контекстом отображения (display context). Поэтому когда, например, приложение получает контекст для отображения в одном из своих окон, такой контекст называется контекстом отображения. Если же ему требуется выполнять операцию вывода для устройства (для принтера или для экрана дисплея), приложение должно получить или создать контекст устройства (device context).
Следует понимать, что контексты устройства и отображения содержат описания одних и тех же характеристик и имеют одинаковую структуру. Название контекста определяется только тем, относится ли контекст к окну отображения или устройству вывода.
Концепция графического интерфейса GDI+ несколько отличается от концепции «классического» графического интерфейса GDI, с которым привыкли иметь дело разработчики приложений Microsoft Windows.
Прежде всего, это касается класса Graphics, реализующего в себе как свойства контекста отображения, так и инструменты, предназначенные для рисования в этом контексте [4].
Для того чтобы приложение могло что-нибудь нарисовать в окне, оно должно, прежде всего, получить или создать для этого окна объект класса Graphics. Далее, пользуясь свойствами и методами этого объекта, приложение может рисовать в окне различные фигуры или текстовые строки.
3. ОБЗОР ЯЗЫКОВ ВЫСОКОГО УРОВНЯ
На сегодняшний день существуют множество языков программирование, но самые популярные из них это – С++, и С#. Рассмотрим их более детально.
3.1 Язык высокого уровня С++
Страуструп начал работать над «Си с классами» в 1979 году. Идея создания нового языка принадлежит Страуструпу. Он обнаружил, что язык моделирования Симула (Simula) имеет такие возможности, которые были бы очень полезны для разработки большого программного обеспечения, но работает слишком медленно.
В то же время язык BCPL достаточно быстр, но слишком близок к языкам низкого уровня и не подходит для разработки большого программного обеспечения. Страуструп начал работать в «Bell Labs» над задачами теории очередей (в приложении к моделированию телефонных вызовов). Попытки применения существующих в то время языков моделирования оказались неэффективными. Вспоминая опыт своей диссертации, Страуструп решил дополнить язык Си (преемник BCPL) возможностями, имеющимися в языке Симула. Язык Си, будучи базовым языком системы UNIX, на которой работали компьютеры «Bell» является быстрым, многофункциональным и переносимым. Страуструп добавил к нему возможность работы с классами и объектами. В результате, практические задачи моделирования оказались доступными для решения как с точки зрения времени разработки (благодаря использованию Симула-подобных классов) так и с точки зрения времени вычислений (благодаря быстродействию Си). В начале в Си были добавлены классы (с инкапсуляцией), производные классы, строгая проверка типов, inline-функции и аргументы по умолчанию. Разрабатывая Си с классами (позднее С++), Страуструп также написал программу Cfront, транслятор, перерабатывающий исходный код Си с классами в исходный код простого Си. Новый язык, неожиданно для автора, приобрел большую популярность среди коллег и вскоре Страуструп уже не мог лично поддерживать его, отвечая на тысячи вопросов.
В 1983 г. произошло переименование языка из Си с классами в С++ по соображениям маркетинга. Кроме того, в него были добавлены новые возможности, такие как виртуальные функции, перегрузка функций и операторов, ссылки, константы, пользовательский контроль над управлением свободной памятью, улучшенная проверка типов и новый стиль комментариев (//). Его первый коммерческий выпуск состоялся в октябре 1985 г.. В 1985 г. вышло первое издание «Языка программирования С++», обеспечивающее первое описание этого языка, что было чрезвычайно важно из-за отсутствия официального стандарта. В 1989 г. состоялся выход С++ версии 2.0. Его новые возможности включали множественное наследование, абстрактные классы, статические функции-члены, функции-константы и защищённые члены. В 1990 г. вышло «Комментированное справочное руководство по C++», положенное впоследствии в основу стандарта. Последние обновления включали шаблоны, исключения, пространства имён, новые способы приведения типов и булевский тип. Стандартная библиотека С++ также развивалась вместе с ним. Первым добавлением к стандартной библиотеке С++ стали потоки ввода/вывода, обеспечивающие средства для замены традиционных функций Си printf и scanf. Позднее самым значительным развитием стандартной библиотеки стало включение в неё Стандартной библиотеки шаблонов.