Introduction of OpenCascade Foundation Classes

Introduction of OpenCascade Foundation Classes

Open CASCADE基礎類簡介

eryar@163.com

1、簡介

1． 基礎類概述 Foundation Classes Overview

本文將對Open CASCADE中的基礎類進行介紹及如何使用基礎類。更多信息可訪問其官網：www.opencascade.org/support/training/。 基礎類庫提供了一些通用功能，如自動動態內存管理、集合、異常處理、泛型編程和plug-in的建立。基礎類庫包含以下內容：

l 基類(Root Classes)：主要由包Standard和MMgt實現；

n 基本數據類型，如：Boolean, Character, Integer, Real；

n 動態建立對象的安全手柄(Safe Handle)技術，確保未被引用對象自動銷燬；

n 可配置的最優化內存管理提高程序性能；

n 可擴展的運行時類型信息(RTTI)機制爲建立複雜程序提供便利；

n 異常的管理(Management of Exceptions)；

n 封裝C++的流；

l 字符串(Strings)：

n 字符串的類能夠處理動態大小的字符數組，ASCII(一般8位的字符)和UNICODE(16位字符)都支持；字符串是由包TCollection實現；

l 集合(Collections)：

n 集合就是用來處理大小不固定的數據的類。集合中的類是泛型的，即通用的。當須要使用某種集合時，只須要實例化一種元素類型。

n 集合包含一系列通用的類，如：長度變化的數組、鏈表、棧、隊列、哈希表；

l 標準對象的集合(Collections of Standard Objects)：

包TColStd提供常用的包TCollection和Standard中類的實例。

l 矢量和矩陣(Vectors and Matrices)：

這些類提供矢量和矩陣經常使用的數學算法和基本計算，如：加、乘、轉置、變換等；

l 基本幾何元素(Primitive Geometric Types)：

Open CASCADE基本幾何圖元類型和代數實體是STEP格式兼容的；功能以下：

n 初等幾何形狀的描述：

1. 點Points；

2. 矢量 Vectors；

3. 線 Lines；

4. 圓和二次曲線 Circles and Conics;

5. 平面和初等曲面 Planes and elementary surfaces；

n 經過軸axis或座標系統在空間中或平面上放置這些形狀；

n 爲這些形狀定義和應用幾何變換：

1. 平移 Translations;

2. 旋轉 Rotations;

3. 鏡像 Symmetries;

4. 縮放變形 Scaling transformations;

5. 組合變形 Composed transformations;

n 代數計算工具(座標和矩陣)；

l 通用的數學算法(Common Math Algorithms)：

Open CASCADE通用數學算法庫提供最經常使用的數學算法的C++實現，包含：

l 線性代數方程組的求解；

l 單變量或多變量的函數的極小值的求解；

l 非線性方程（組）的求根；

l 矩陣特徵值的求解；

l 異常處理(Exceptions)：

提供了經常使用異常類的層次，都繼承自Failure。異常描述的是程序運行時出現的意外狀況。一般狀況下，程序遇到異常是會退出的。程序對異常狀況的處理就叫作異常處理。

l 量度(Quantities)：

OCCT中有各式各樣的類來支持日期和時間信息，及對大多數物理量的表示，如長度(length)、面積(area)、體積(volume)、密度(density)、質量(mass)、重量(weight)、溫度(temperature)、壓力(pressure)等。

l 程序服務(Application Services)：

基礎類庫也包含用於建立自定義和用戶友好的Open CASCADE程序的幾個低級功能。如：

n 單位轉換工具：提供統一的機制來處理量及其相關的物理單位，檢查單位的兼容性，在不一樣的單位制之間轉換。具體可參考包UnitsAPI。

n 表達式的基本解釋器，爲自定義腳本工具的建立提供條件，表達式的通用定義等。具體可參考包ExprIntrp。

n 處理配置資源文件的工具，具體可參考包Resource；自定義消息文件，具體參考包Message；這些工具使程序對多種語言的支持變得容易。

n 進程標示器和用戶中斷接口，使低級算法以統一和便利的方式與用戶交互成爲可能。

以上的具體內容將會在後面詳細介紹，並根據功能編寫簡單程序以示其用法。關於基礎類更具體的描述請參考：Foundation Classes Reference Manual。

2． 基本概念 Fundamental Concepts

使用面向對象編程語言組成的系統一般是以數據類型爲中心而不是以做用於數據的操做爲中心。在這種狀況下，一個對象就是一種數據類型的實例，每種數據類型由一個或多個其餘類來實現，即便用對象組合。在Open CASCADE中類一般由CDL(CASCADE Definition Language)來定義，這就確保了全部類的實現都很類似，關於CDL可參考《CDL 用戶指南》。本章介紹的基本概念大可能是由CDL直接支持的，不只在基礎類中使用，並且將會貫穿整個Open CASCADE的庫中。

2．1 模塊和工具箱 Modules and Toolkits

整個Open CASCADE庫由一系列的模塊(Module)組成。本文講述的正是這些模塊中的第一個：基礎類(Foundation Classes)，這個模塊提供的是一些基本功能，也被其餘全部模塊所用。每一個模塊包含一個或幾個工具箱(Toolkits)。從物理上來說，一個工具箱就是一個共享的庫(shared library)。一個工具箱由一個或幾個包(package)生成。

即在Open CASCADE中，模塊由工具箱組成，工具箱由包組成，每一個包就是由相應的類來實現相應的功能。理解它的組織結構，對編程仍是很大幫助的，不會對其龐大的源文件所嚇到，能夠有的放矢。

打開Open CASCADE Reference Documentation，能夠看到OCCT包含如下幾個模塊：

打開基礎庫模塊，其由如下工具箱組成，如圖所示：

打開Toolkit TKernel工具箱，其由如下包組成，如圖所示：

這種組織結構在其文檔中表現得已經很清晰了。常常查看此幫助文檔，通常的內容基本能夠查到。

2．2 包 Packages

包是由在語義上相近的一些類組成。如幾何包(Geometry package)可能包含點、線、圓的類。包也可包含枚舉類型、異常和包的方法函數。實際上，類名前會加上包的名字，如：Geom_Circle。包中描述的數據可能包含一些如下數據類型：

l Enumerations;

l Object classes;

l Exceptions;

l Pointers to other object classes;

包中兩種數據類型不能是相同的名字。包的組成以下圖所示：

方法(Methods)既能夠是函數(Functions)，也能夠是過程(Procedures)。函數返回一個對象，而過程只處理傳遞的參數。方法分如下三種狀況：

l 對象構造函數(Object Constructor)：建立類的一個實例。類可能有一個或多個構造函數，即經過參數的不一樣來重載了構造函數。

l 實例方法(Instance method)：操做做用於它屬於的實例；即類中普通函數；

l 類方法(Class Method)：能夠直接使用類名來操做的方法，即類中的靜態函數；

2．3 類 Classes

面向對象的軟件開發最基礎的部件就是類。類是數據類型(Data Type)的一種實現。經過函數定義其行爲(Behavior)，經過類的數據來定義其表現(Representation)。類分爲如下三類：

l 普通類Ordinary Classes;

l 滯後類Deferred Classes;

l 泛型類Generic Classes;

滯後類(Deferred Classes)不能被實例化，便是含有純虛函數的抽象類。使用這種類的目的是使派生自這個類的所子類共享行爲並由子類來實現具體的行爲。C++中與CDL的滯後類(Deferred Class)等效的類就是抽象類(Abstract Class)。

泛型類(Generic Class)爲操做其餘數據類型提供一些基本函數。對泛型類的實例化須要將數據類型做爲參數傳遞之。C++中與CDL中泛型類功能相同的就是模板(Template)。

2．4 泛型 Genericity

泛型的實現分兩步。首先，聲明泛型類建立模型；而後，經過指定泛型的類型來實例化類。

l 聲明泛型類(Declaring a Generic Class)：Open CASCADE中的泛型類與C++中帶顯式實例化的模板的意圖相似。泛型類在當要操做不固定類型的數據元素時在CDL中聲明，聲明其做爲泛型類的參數。能夠對這些泛型類做些約束，使其成爲已經定義的類的子類。定義泛型類並沒建立C++中新的類，只是爲生成實際的類定義了一種模式。

l 實例化泛型類(Instantiation of a Generic Class)：當泛型類實例化時，參數類型會被真實的類型替換。實例化的結果是建立了一個名字任意的新的C++類。一般這樣約定，實例化的類名由泛型類名和真實類型名組成。如：

聲明位於包TColStd中一個CDL文件定義了一個新的C++類TColStd_Array1OfReal做爲泛型類TCollection_Array1將實型做爲其實例參數的類。泛型類也不容許繼承。泛型類也可做爲滯後類。泛型類也可將滯後類做爲其實例化的參數。

l 泛型類的嵌套(Nested Generic Classes)：

2．5 繼承 Inheritance

繼承的目的是爲了減輕開發的勞動量。繼承機制從已經存在的類建立新的類，並保留原來類的一些特性。如：已經開發了個BankAccount，能夠經過繼承很快獲得新的類：SavingsAccount, LongTermDepositAccount, MoneyMarketAccount, RevolvingCreditAccount, 等……

2．6 數據類型的分類 Categories of Data Types

Open CASCADE中數據分爲兩大類：

l 由手柄(Handle)控制的數據類型；Data types manipulated by Handle(or Reference);

l 由值(Value)控制的數據類型；Data types manipulated by Value;

數據類型是由類來實現的。類不只定義其數據和實例可用的方法，還對其對象的實例化提供建議。由值控制的變量類型包含本身的實例，由手柄控制的變量包含實例的引用。由值控制的變量類型是預約義的原子類型，如：布爾型、字符型、整型、實型等……由手柄控制的類，當其未賦值時其值爲null，經過構造函數來實例化。如：

在Open CASCADE中，手柄是特定的類用來安全地釋放動態內存，提供引用計數機制和自動銷燬未被引用的對象。這也是智能指針。

2．7 異常 Exceptions

任何對象的行爲都是由方法來實現的。這些方法的定義不只包含其聲明，並且還有其做用域(domain)的驗證。Domain由異常來表示。在上出錯的狀況下異常就出現了。這種機制確保了軟件產品的質量。

2．8 持久性和數據模式Persistence and Data Schema

數據模式就是程序用來存儲數據的結構。數據模式由持久性類構成。稱爲持久性的對象能夠被永久保存。所以，這些對象能夠重複利用。爲了在CDL中使用持久性對象，它必須繼承自類Standard_Persistent，或其父類繼承自Standard_Persistent。注意繼承自類Standard_Persistent的類是由引用控制的。繼承自類Standard_Storable的實例化對象不能本身保存，可是可做爲由類Standard_Persistent的一部分保存。由於派生自類Standard_Storable的類是由值控制的。

 

結論

本文由Foundation Classes User’s Guide翻譯而得，如有錯誤請指證。

PDF Version: Introduction of OCCT Foundation Classes

 

eryar@163.com

Pudong Shanghai China

2012-08-19