Open CASCADE Foundation Classes

Open CASCADE基礎類

一、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。更多資訊可訪問其官網：。 基礎類庫提供了一些通用功能，如自動動態記憶體管理、集合、異常處理、泛型程式設計和plug-in的建立。基礎類庫包含如下內容：

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

n 基本資料型別，如：Boolean, Character, Integer, Real；

n 動態建立物件的安全手柄(Safe

n 可配置的最優化記憶體管理提升程式效能；

n 可擴充套件的執行時型別資訊(RTTI)機制為建立複雜程式提供便利；

n 異常的管理(Management of Exceptions)；

n 封裝C++的流；

l 字串(Strings)：

n 字串的類可以處理動態大小的字元陣列，ASCII(通常8位的字元)和UNICODE(16位字元)都支援；字串是由包TCollection實現；

l 集合(Collections)：

n 集合就是用來處理大小不固定的資料的類。集合中的類是泛型的，即通用的。當需要使用某種集合時，只需要例項化一種元素型別。

n 集合包含一系列通用的類，如：長度變化的陣列、連結串列、棧、佇列、雜湊表；

l 標準物件的集合(Collections of Standard Objects)：

包TColStd提供經常使用的包TCollection和Standard中類的例項。

l 向量和矩陣(Vectors and Matrices)：

這些類提供向量和矩陣常用的數學演算法和基本計算，如：加、乘、轉置、變換等；

l 基本幾何元素(Primitive Geometric Types)：

Open CASCADE基本幾何圖元型別和代數實體是STEP格式相容的；功能如下：

n 初等幾何形狀的描述：

1. 點Points；

2. 向量 Vectors；

3. 線 Lines；

4. 圓和二次曲線 Circles

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

n 通過軸axis或座標系統在空間中或平面上放置這些形狀；

n 為這些形狀定義和應用幾何變換：

1. 平移 Translations;

2. 旋轉 Rotations;

3. 映象 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 通用的數學演算法(Common Math Algorithms)：

Open CASCADE通用數學演算法庫提供最常用的數學演算法的C++實現，包含：

l 線性代數方程組的求解；

l 單變數或多變數的函式的極小值的求解；

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)：

提供了常用異常類的層次，都繼承自Failure。異常描述的是程式執行時出現的意外情況。通常情況下，程式遇到異常是會退出的。程式對異常情況的處理就叫做異常處理。

l 量度(Quantities)：

OCCT中有各式各樣的類來支援日期和時間資訊，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 程式服務(Application Services)：

基礎類庫也包含用於建立自定義和使用者友好的Open CASCADE程式的幾個低階功能。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，檢查單位的相容性，在不同的單位制之間轉換。具體可參考包UnitsAPI。

n 表示式的基本直譯器，為自定義指令碼工具的建立提供條件，表示式的通用定義等。具體可參考包ExprIntrp。

n 處理配置資原始檔的工具，具體可參考包Resource；自定義訊息檔案，具體參考包Message；這些工具使程式對多種語言的支援變得容易。

n 程序標示器和使用者中斷介面，使低階演算法以統一和便利的方式與使用者互動成為可能。

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式以示其用法。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

使用面向物件程式語言組成的系統通常是以資料型別為中心而不是以作用於資料的操作為中心。在這種情況下，一個物件就是一種資料型別的例項，每種資料型別由一個或多個其他類來實現，即使用物件組合。在Open CASCADE中類通常由CDL(CASCADE Definition Language)來定義，這就確保了所有類的實現都很相似，關於CDL可參考《CDL 使用者指南》。本章介紹的基本概念大多是由CDL直接支援的，不僅在基礎類中使用，而且將會貫穿整個Open CASCADE的庫中。

2．1 模組和工具箱 Modules and Toolkits

整個Open CASCADE庫由一系列的模組(Module)組成。本文講述的正是這些模組中的第一個：基礎類(Foundation Classes)，這個模組提供的是一些基本功能，也被其他所有模組所用。每個模組包含一個或幾個工具箱(Toolkits)。從物理上來講，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，模組由工具箱組成，工具箱由包組成，每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，對程式設計還是很大幫助的，不會對其龐大的原始檔所嚇到，可以有的放矢。

開啟Open CASCADE Reference Documentation，可以看到OCCT包含以下幾個模組：

開啟基礎庫模組，其由以下工具箱組成，如圖所示：

開啟Toolkit TKernel工具箱，其由以下包組成，如圖所示：

這種組織結構在其文件中表現得已經很清晰了。經常檢視此幫助文件，一般的內容基本可以查到。

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。包也可包含列舉型別、異常和包的方法函式。實際上，類名前會加上包的名字，如：Geom_Circle。包中描述的資料可能包含一些以下資料型別：

l Enumerations;

l Object classes;

l Exceptions;

l Pointers to other object classes;

包中兩種資料型別不能是相同的名字。包的組成如下圖所示：

方法(Methods)既可以是函式(Functions)，也可以是過程(Procedures)。函式返回一個物件，而過程只處理傳遞的引數。方法分以下三種情況：

l 物件建構函式(Object Constructor)：建立類的一個例項。類可能有一個或多個建構函式，即通過引數的不同來過載了建構函式。

l 例項方法(Instance method)：操作作用於它屬於的例項；即類中普通函式；

l 類方法(Class Method)：可以直接使用類名來操作的方法，即類中的靜態函式；

2．3 類 Classes

面向物件的軟體開發最基礎的部件就是類。類是資料型別(Data Type)的一種實現。通過函式定義其行為(Behavior)，通過類的資料來定義其表現(Representation)。類分為以下三類：

l 普通類Ordinary Classes;

l 滯後類Deferred Classes;

l 泛型類Generic Classes;

滯後類(Deferred Classes)不能被例項化，即是含有純虛擬函式的抽象類。使用這種類的目的是使派生自這個類的所子類共享行為並由子類來實現具體的行為。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)為操作其他資料型別提供一些基本函式。對泛型類的例項化需要將資料型別作為引數傳遞之。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，宣告泛型類建立模型；然後，通過指定泛型的型別來例項化類。

l 宣告泛型類(Declaring a Generic Class)：Open CASCADE中的泛型類與C++中帶顯式例項化的模板的意圖類似。泛型類在當要操作不固定型別的資料元素時在CDL中宣告，宣告其作為泛型類的引數。可以對這些泛型類作些約束，使其成為已經定義的類的子類。定義泛型類並沒建立C++中新的類，只是為生成實際的類定義了一種模式。

l 例項化泛型類(Instantiation of a Generic Class)：當泛型類例項化時，引數型別會被真實的型別替換。例項化的結果是建立了一個名字任意的新的C++類。通常這樣約定，例項化的類名由泛型類名和真實型別名組成。如：

宣告位於包TColStd中一個CDL檔案定義了一個新的C++類TColStd_Array1OfReal作為泛型類TCollection_Array1將實型作為其例項引數的類。泛型類也不允許繼承。泛型類也可作為滯後類。泛型類也可將滯後類作為其例項化的引數。

l 泛型類的巢狀(Nested Generic Classes)：

2．5 繼承 Inheritance

繼承的目的是為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，可以通過繼承很快得到新的類：SavingsAccount, LongTermDepositAccount, MoneyMarketAccount, RevolvingCreditAccount, 等……

2．6 資料型別的分類 Categories of Data Types

Open CASCADE中資料分為兩大類：

l 由手柄(Handle)控制的資料型別；Data types manipulated by Handle(or Reference);

l 由值(Value)控制的資料型別；Data types manipulated by Value;

資料型別是由類來實現的。類不僅定義其資料和例項可用的方法，還對其物件的例項化提供建議。由值控制的變數型別包含自己的例項，由手柄控制的變數包含例項的引用。由值控制的變數型別是預定義的原子型別，如：布林型、字元型、整型、實型等……由手柄控制的類，當其未賦值時其值為null，通過建構函式來例項化。如：

在Open CASCADE中，手柄是特定的類用來安全地釋放動態記憶體，提供引用計數機制和自動銷燬未被引用的物件。這也是智慧指標。

2．7 異常 Exceptions

任何物件的行為都是由方法來實現的。這些方法的定義不僅包含其宣告，而且還有其作用域(domain)的驗證。Domain由異常來表示。在上出錯的情況下異常就出現了。這種機制確保了軟體產品的質量。

2．8 永續性和資料模式Persistence and Data Schema

資料模式就是程式用來儲存資料的結構。資料模式由永續性類構成。稱為永續性的物件可以被永久儲存。因此，這些物件可以重複利用。為了在CDL中使用永續性物件，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的例項化物件不能自己儲存，但是可作為由類Standard_Persistent的一部分儲存。因為派生自類Standard_Storable的類是由值控制的。

結論

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

Pudong Shanghai China

2012-08-19