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SCIM输入法架构分析(上)

王朝other·作者佚名  2006-09-22
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SCIM输入法架构分析(上)

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文档格式与术语说明

1. 概述

SCIM是Smart Common Input Method的简称,它是一个输入法框架,由苏哲领导开发的。作为新一代输入法框架,其架构设计精良,具有很好的扩充性和灵性性,代码质量也非常高,称得上是国内经典的开源项目了。本文试图对SCIM的架构进行分析,了解它的架构,也许并不能帮助你更好的使用它,但对于添加新的输入法引擎,或者把它移植到其它平台,会有一些帮助。不过,即使单从学习的角度出发,了解它的架构,对于提高设计能力也是有很大好处的。

SCIM具有如下特点:

1. 完全面向对象的设计,并用C++实现。

2. 高度模块化。

3. 非常灵活的设计,支持动态加载不同的输入法,支持C/S模型运行。

4. 简单的编程接口。

5. 对UNICODE提供全面支持。

6. 提供了一些非常好用的工具函数,可以大大加快开发进度。

7. 提供了功能丰富的GUI panel。

8. 提供了统一的配置框架。

9. 很方便的集成现存的输入法。

10. 不但支持传统的键盘输入法,也支持手写识别等新式输入法。

2. SCIM的组成部件

l 配置模块(Config)

l 输入法前端模块(FrontEnd)

l 输入法引擎模块(IMEngine)

l 进程间通信模块(IPC)

l 输入法Panel

l 输入法Helper

SCIM是高度模块化的,每个模块都非常独立。为了做到这一点,一方面需要从设计出发,让各个模块完成单一的功能,使模块本身是高内聚的。而另一方面,SCIM也采用了几种高级的技术:

l 针对接口编程。对于一些具有不同实现的模块,为了减少与调用者的耦合,提供一个抽象的接口是有必要的。配合下文所介绍的动态加载机制,模块的调用者根本不关心采用的哪种实现,接口与实现是分开的,它使用的是模块的抽象接口,模块的实现变化时,对模块的使用者几乎没有影响。

l 模块动态加载机制。SCIM的整个设计干净利落,框架就是框架,其它任何附加的功能都是通过插件来实现的,在运行时才动态的加载进来。不同的平台对于动态库的处理方式有些不一样,SCIM实现了一个module类,对操作系统的底层函数进行了封装,同时提供面向对象的接口,使用更加方便。

l signal/slot机制。多个不同的对象协作起来完成一项任务,是面向对象设计的特点之一。消息在这些对象之间来回传递,特别是对于异步调用、事件/状态触发等情况,底层模块需要调用上层模块中的函数。这样,模块之间的层次关系不再像面向过程中那样明显。凡事有利必有弊,如果设计得不好,可能会造成上层与下层之间紧密的耦合,层次关系混乱。为了避免这个问题,SCIM里采用了signal/slot机制,上层向下层注册signal的处理器(slot)。当某个signal触发时,下层模块回调signal的处理器(slot)。

下面我们一一分析各个模块。

2.1. 配置模块(Config)

所谓众口难调,再好的软件也无法满足不同用户,不同的环境下的需求。采用配置文件来定制软件,是惯用的手法。SCIM也不例外,但是作为输入法,也有其特殊性,多个应用程序(如Panel、输入法服务进程、手写、输入设置界面等)往往要共享一些配置信息。

如果这些应用程序都直接去操作配置文件,不但可能会发生访问冲突,导致配置文件被破坏。也可能出现配置不同步的情况,一个应用程序修改了配置信息,而其它应用程序毫不知情,无法让配置信息在所有相关进程中即时生效。

最好的办法是,所有的配置信息由一个应用程序负责统一管理。只有它能够直接存取配置文件,其它应用程序,都需要通过向它发送请求来存取配置信息。这样,以上几个问题都迎刃而解了。

无论直接存取配置文件,还是从其它进程中存取配置信息,对使用者来说,并不需要关心。也就是说,使用者关心的是接口提供的功能,而不关心具体的实现,实现改变后,也不应该影响使用者。为了让各个应用程序采用统一的方式存取配置信息,SCIM中定义了一个ConfigBase接口,使用者通过它存取配置信息。

由此可见,SCIM中的配置模块有不同的实现,这些实现都要求遵循ConfigBase接口规范。SCIM提供了两个默认的实现,它们都是作为动态可加载模块形式出现的。一个称为SimpleConfig,它是用来直接存取配置文件的,另一个称为SocketConfig,它是用来从输入法服务进程存取配置信息的。

2.2. 输入法前端模块(FrontEnd)

个人认为,输入法的前端(FrontEnd)这种说法容易让人误解。按常识讲,相对后端而言,用户直接打交道的才称为前端,我开始以为前端就是Panel。其实不然,输入法是作为一个服务进程来实现的,这里的前端是指输入法服务进程中接收请求的模块。它负责接收来自客户端应用程序的请求,把请求转发给具体的输入法引擎或者配置模块,最后把处理的结果返回给客户端应用程序。

SCIM中的前端也有不同的实现,这些实现都遵循FrontEndBase接口规范。SCIM提供了两个默认的实现,它们都是作为动态可加载模块形式出现的。一个称为SocketFrontEnd,它定义了一套自己的通信协议,当然这协议是属于应用层的,它下层协议通常采用本地socket,但它并不限于某种特定的承载层。客户端应用程序必须遵循这个协议,把请求按这个格式发上来,它就可以使用SCIM提供的服务。另外一个是基于XIM实现的,这是一种X Window提供的老式输入方式,似乎一般很少使用。

2.3. 输入法引擎模块(IMEngine)

输入法引擎就是输入法的具体实现,比如拼音输入法,五笔输入法等等。不过在这里,输入法引擎其实是一个抽象的概念,可以是一种输入法,也可以是多种输入法,甚至只是一个输入法的代理。前面说过,SCIM只是一个输入法框架,其它输入法要挂到SCIM里来,就需要实现一个输入法引擎。

毫无疑问,SCIM中的输入法引擎也有多种实现,这些实现都遵循IMEngineInstanceBase接口规范。SCIM提供了两个默认的实现,它们都是作为动态可加载模块形式出现的。一个称为SocketInstance,它是一个输入法代理,一般来说,应用程序直接使用的就是它。另外一个称为RawCodeInstance,顾名思意,就是将按键原封不动的输出。

其它输入法要挂到SCIM框架里来,需要实现IMEngineInstanceBase接口,并编译成一个动态库,放在指定的目录之中。所以SCIM并不与某种具体的输入法关联起来,而运行时动态加载进来的。其它输入法不在SCIM的核心之列,都是以单独的软件包发行的。

2.4. 进程间通信模块

输入法所服务的不是一个应用程序,而可能是系统中所有的应用程序。若把它作为应用程序的一部分来实现,会造成不必要的数据冗余,浪费硬件资源。作为一个单独的服务进程是合适的,用C/S模型来实现。所以进程间的通信机制必不可少,SCIM采用的本地socket方式,当然也可以用其它方式实现,但没有什么必要。

应用层协议封装在Transaction中,它负责把特定的请求或事件等打包成数据包,也负责从数据包中取出请求或事件等。至于数据的实际传输,由Socket实现。服务器端使用SocketServer,客户端使用SocketClient。Transaction使用的是Socket的抽象接口,并不关心是服务器端还是客户端。

2.5. 输入法Panel

对于输入法来说,Panel是必不可少,若没有它,再好的输入法也是没有点睛之笔的作品。Panel不但给用户一种直观的反馈,如候选字,联想词组等,也提供了一些辅助功能,如中英文切换、全角半角切换,查看帮助信息等。

但是Panel是有GUI界面的,也就是说,Panel必须要与特定的GUI绑定起来,SCIM是一个输入法框架,应该尽量不要依赖于特定的平台。这一点上,SCIM做得很好,尽管SCIM实现了一个基于GTK的Panel,但它并不属于核心之列,它是一个完全独立的工具。

不管用哪一个GUI实现Panel,有很大一部分代码都是相同或者相似的,SCIM把这些代码封装在两个类中,一个PanelAgent类供Panel的服务器端使用,Panel本身通过它接收请求。另一个PanelAgent类供Panel的客户端使用,用它来与Panel进行交互。

2.6. 输入法Helper

一些新的输入法方式,如手写输入法等,当作传统的IMEngine来实现,比较麻烦也不太优雅。SCIM把这些输入法作为特殊处理,通过Helper集成进来。

SCIM提供了一个HelperAgent类,手写输入法通过它把手写结果提交给应用程序。HelperAgent实际是Panel的一个客户端,它与PanelAgent交互,但是它的功能很简单,而且与PanelClient功能并没有太多相似之处,所以作为一个单独的类来实现。

~~待续~~

 
 
 
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