Текст книги "Программирование мобильных устройств на платформе .NET Compact Framework"
Автор книги: Иво Салмре
Жанр:
Программирование
сообщить о нарушении
Текущая страница: 16 (всего у книги 69 страниц)
В ваших мобильных приложениях обязательно будут встречаться участки кода, которые либо долго выполняются, либо требуют сетевого доступа; в разряд "длительно выполняющихся" попадают все операции, выполнение которых может занимать более 0,5 секунды. Некоторые возможные примеры таких операций приводятся ниже:
■ Рекурсивные или итеративные вычисления, требующие просмотра многочисленных вариантов. К этой категории относятся поисковые алгоритмы, алгоритмы анализа данных, а также игры, основанные на механизме искусственного интеллекта. Поиск наиболее оптимального хода в шахматной игре может потребовать перебора многих тысяч различных допустимых вариантов шахматных ходов с использованием анализа различной глубины. Выполнение подобных операций может осуществляться в течение очень длительных промежутков времени.
■ Загрузка или сохранение больших объемов данных. Загрузка нескольких сотен порций информации из XML-файла или базы данных может занимать довольно большое время.
■ Сетевые операции. Почти все операции, выполняемые в сети, подвержены риску задержек и других проблем связи.
Операции подобного рода рекомендуется выполнять в асинхронном по отношению к потоку выполнения пользовательского интерфейса режиме. При реализации любой асинхронной операции конечный автомат, с помощью которого поток выполнения пользовательского интерфейса может связываться с фоновым потоком и получать информацию о ходе его выполнения, играет очень большую роль. Поток пользовательского интерфейса должен иметь возможность периодического опроса
состояния выполнения фоновой операции и одновременно предоставлять пользователю возможность в любой момент прекратить выполнение этой операции. В свою очередь, фоновый поток должен иметь возможность информировать поток пользовательского интерфейса о ходе своего выполнения, а также получать от него уведомления о необходимости прекратить свое выполнение в необходимых случаях. Модель выполнения потока под управлением конечного автомата обеспечивает прекрасные возможности для удовлетворения этих требований.
Ниже приводится пример, иллюстрирующий использование конечного автомата для управления фоновыми вычислениями, выполнение которых может занимать много времени. Целью этих вычислений является нахождение ближайшего простого числа (prime), превышающего заданное целое число. Соответствующий код может выполняться либо в синхронном режиме в целях отладки, либо в асинхронном режиме, позволяющем избежать блокирования пользовательского интерфейса на время проведения вычислений. На рис. 5.3 представлена схема простого конечного автомата, при помощи которого фоновый поток выполнения может предоставлять информацию о своем состоянии. Кроме того, этот конечный автомат позволяет потоку пользовательского интерфейса возможность направлять фоновому потоку запросы, требующие прекратить выполнение.
Рис. 5.3. Конечный автомат, предназначенный для управления выполнением фонового алгоритма нахождения простых чисел
Стиль программирования: использование операторов goto и полных путей доступа в пространствах имен
Следует дать некоторые пояснения относительно двух аспектов стиля программирования, принятого во всех примерах кодов, приводимых в данной книге.
Использование операторов goto
Вопрос о том, следует ли считать использование операторов goto в программах допустимым или же его необходимо рассматривать как признак плохого стиля программирования, является в определенной мере дискуссионным. Применимость операторов goto выступает предметом споров постольку, поскольку осуществляемая с их помощью передача управления противоречит принципам, лежащим в основе использования операторов условного перехода (if/then) и операторов циклов.
Лично я принадлежу к лагерю тех, кто считает использование операторов goto в программах вполне допустимым при условии выполнения следующих требований:
1) Им соответствует передача управления только в прямом направлении.
2) Они способствуют повышению удобочитаемости интересующих нас участков кода. Применение операторов goto может считаться непозволительным лишь в том случае, если это затрудняет понимание логики передачи управления в выполняющейся программе. Примером неудачного использования операторов goto может служить передача управления в различных направлениях, поскольку результатом этого является создание сложной системы замысловатых переходов внутри функций и трудности в отслеживании их логики; несомненно, любой из нас возражал бы против подобного использования этого оператора.
Использование полных путей доступа в пространствах имен
Возможны два способа указания типов переменных в программах:
1) В теле программы можно указывать полный путь доступа. Например, оператор System.Threading.Thread newThread; объявляет переменную newThread типа System.Threading.Thread. Достоинством таких подробных объявлений является простота их применения.
2) В начале файла с текстом программы можно задавать использование определенного пространства имен, применяя для этого ключевое слово using языка C# или ключевое слово Imports языка Visual Basic .NET. Например, если в начале файла с программой на языке C# содержится оператор using SystemThreading;, то переменная System.Threading.Thread может быть объявлена просто как Thread newThread; без указания ее полного имени.
С функциональной точки зрения оба способа являются эквивалентными. Разработчикам, знакомым с использованием пространств имен, последний способ может предоставлять дополнительные удобства в работе. Разработчикам же, которые только осваивают это понятие, легче будет использовать первый из этих способов, поскольку он точно описывает логическую принадлежность каждого класса или типа. Учитывая тот факт, что не все читатели данной книги могут быть одинаково хорошо знакомы с пространствами имен .NET, я решил везде использовать более подробный синтаксис.
На заметку! Прежде чем вы сможете использовать те или иные классы и типы в своей программе, вы должны указать, к каким сборкам (assembly), они относятся. Очень важно, чтобы вы понимали, что ключевые слова using и Imports являются всего лишь удобным синтаксическим средством и не отменяют необходимости включения ссылки на сборку. Чтобы компилятору стали известны типы, содержащиеся в сборке, вы должны явно включить соответствующую ссылку в свою программу. В Visual Studio .NET список сборок можно просмотреть с помощью элемента управления TreeView в окне проводника решений Solution Explorer. Как правило, предварительно сконфигурированные часто используемые ссылки автоматически включаются во вновь создаваемые проекты.
Листинг 5.4. Код программы нахождения простых чисел, предназначенный для выполнения фоновым потоком
using System;
public class FindNextPrimeNumber {
//Определить возможные состояния
public enum ProcessingState {
notYetStarted,
waitingToStartAsync,
lookingForPrime,
foundPrime,
requestAbort,
aborted
}
int m_startTickCount;
int m_endTickCount;
long m_startPoint;
long m NextHighestPrime;
ProcessingState m_processingState;
//–
//Простейший конечный автомат
//–
public void setProcessingState(ProcessingState nextState) {
//–
// Простейший защитный код, гарантирующий невозможность
// перехода в другое состояние в случае успешного
// завершения задачи или успешной отмены ее выполнения
//–
if ((m_processingState == ProcessingState.aborted) || (m_processingState == ProcessingState.foundPrime)) {
return;
}
//Разрешить изменение состояния
lock(this) {
m_processingState = nextState;
}
}
public ProcessingState getProcessingState() {
ProcessingState currentState; //Безопасное выполнение потока
lock(this) {
currentState = m_processingState;
}
return currentState;
}
public int getTickCountDelta() {
if (getProcessingState() == ProcessingState.lookingForPrime) {
throw new Exception("Продолжается поиск простого числа! Окончательное время еще не вычислено");
}
return m_endTickCount – m_startTickCount;
}
//–
// Возвращает простое число
//–
public long getPrime() {
if (getProcessingState() != ProcessingState.foundPrime) {
throw new Exception("простое число еще не найдено!");
}
return m_NextHighestPrime;
}
//Конструктор класса
public FindNextPrimeNumber(long startPoint) {
setProcessingState(ProcessingState.notYetStarted);
m_startPoint = startPoint;
}
//–
// Создает новый рабочий поток, который будет вызывать функцию
// "findNextHighestPrime()"
//–
public void findNextHighestPrime_Async() {
System.Threading.ThreadStart threadStart;
threadStart = new System.Threading.ThreadStart(findNextHighestPrime);
System.Threading.Thread newThread;
newThread = new System.Threading.Thread(threadStart);
//Состояние должно отвечать, что поиск продолжается
setProcessingState(ProcessingState.waitingToStartAsync);
newThread.Start();
//–
// Основной рабочий поток. Этот поток запускает поиск очередного
// простого числа и выполняется до тех пор, пока не произойдет
// одно из следующих двух событий:
// (а) найдено очередное простое число
// (b) от внешнего (по отношению к данному) потока поступила команда
// прекратить выполнение
//–
public void findNextHighestPrime() {
//Если поступила команда прекратить выполнение, то поиск
//даже не должен начинаться
if (getProcessingState() == ProcessingState.requestAbort) {
goto finished_looking;
}
//Состояние должно отвечать, что поиск продолжается
setProcessingState(ProcessingState.lookingForPrime);
m_startTickCount = System.Environment.TickCount;
long currentItem;
//Проверить, является ли число нечетным
if ((m_startPoint & 1) == 1) {
//Число является нечетным, начать поиск со следующего нечетного числа
currentItem = m_startPoint + 2;
} else {
//Число является четным, начать поиск со следующего нечетного числа
currentItem = m_startPoint + 1;
}
//Приступить к поиску простого числа
while(getProcessingState() == ProcessingState.lookingForPrime) {
//B случае нахождения простого числа возвратить его
if (isItemPrime(currentItem) == true) {
m_NextHighestPrime = currentItem; //Обновить состояние
setProcessingState(ProcessingState.foundPrime);
}
currentItem = currentItem + 2;
}
finished_looking:
//Выход. К этому моменту либо от другого потока поступила
//команда прекратить поиск, либо было найдено и записано
//следующее наибольшее простое число
//Зафиксировать время
m_endTickCount = System.Environment.TickCount;
//Если поступил запрос прекратить выполнение,
//сообщить, что выполнение процесса прекращено
if (getProcessingState() == ProcessingState.requestAbort) {
setProcessingState(ProcessingState.aborted);
}
}
//Конец функции
//Вспомогательная функция, которая проверяет, является
//ли число простым
private bool isItemPrime(long potentialPrime) {
//Если число – четное, значит, оно не является простым
if ((potentialPrime & 1) == 0) {
return false;
}
//Продолжать поиск до тех пор, пока не будет превышено
//значение квадратного корня из числа
long end_point_of_search;
end_point_of_search = (long) System.Math.Sqrt(potentialPrime) + 1;
long current_test_item = 3;
while (current_test_item <= end_point_of_search ) {
//–
// Проверить, не поступила ли команда прекратить выполнение!
//–
if (getProcessingState() != ProcessingState.lookingForPrime) {
return false;
}
//Если число делится без остатка,
//значит, оно не является простым
if (potentialPrime % current_test_item == 0) {
return false;
}
//Увеличить число на два
current_test_item = current_test_item + 2;
}
//Число является простым return true;
}
} //конец класса
В листинге 5.5 содержится код, который может быть помещен в форму для тестирования приведенного выше алгоритма фоновой обработки.
Листинг 5.5. Тестовая программа, которая вызывает на выполнение приведенный выше код фонового потока, осуществляющего поиск простого числа
//–
// Код, обрабатывающий событие щелчка на кнопке Button1 формы
//
// Вызвать из этого потока функцию поиска простого числа!
// (Это приведет к блокированию потока)
//–
private void button1_Click(object sender, System.EventArgs e) {
long testItem;
testItem = System.Convert.ToInt64("123456789012345");
FindNextPrimeNumber nextPrimeFinder;
nextPrimeFinder = new FindNextPrimeNumber(testItem);
nextPrimeFinder.findNextHighestPrime();
long nextHighestPrime;
nextHighestPrime = nextPrimeFinder.getPrime();
System.Windows.Forms.MessageBox.Show(System.Convert.ToString(nextHighestPrime));
//Сколько времени заняли вычисления?
int calculation_time;
calculation_time = nextPrimeFinder.getTickCountDelta();
System.Windows.Forms.MessageBox.Show(System.Convert.ToString(calculation_time) + " мс");
}
//–
// Код, обрабатывающий событие щелчка на кнопке Button2 формы
//
// Вызвать функцию поиска простого числа из другого потока!
// (Данный поток блокироваться не будет)
// Для отслеживания состояния выполнения задачи используем конечный автомат
//–
private void button2_Click(object sender, System.EventArgs e) {
long testItem;
testItem = System.Convert.ToInt64("123456789012345");
FindNextPrimeNumber nextPrimeFinder;
nextPrimeFinder = new FindNextPrimeNumber(testItem);
//–
// Выполнить обработку в другом потоке
//–
nextPrimeFinder.findNextHighestPrime_Async();
//Войти в цикл и ожидать до тех пор, пока не будет найдено
//простое число или выполнение не будет прекращено
while ((nextPrimeFinder.getProcessingState() != FindNextPrimeNumber.ProcessingState.foundPrime) &&
(nextPrimeFinder.getProcessingState() != FindNextPrimeNumber.ProcessingState.aborted)) {
//ТОЛЬКО В ТЕСТОВОМ КОДЕ:
//Отобразить окно сообщений и предоставить пользователю
//возможность убрать его с экрана.
//Это позволяет организовать паузу!
System.Windows.Forms.MessageBox.Show("Поиск продолжается... Щелкните на кнопке OK");
//Мы могли бы прекратить поиск путем следующего вызова функции:
//nextPrimeFinder.setProcessingState(
// FindNextPrimeNumber.ProcessingState.requestAbort);
}
//Осуществить корректный выход в случае прекращения поиска
if (nextPrimeFinder.getProcessingState() == FindNextPrimeNumber.ProcessingState.aborted) {
System.Windows.Forms.MessageBox.Show("Поиск прекращен!");
return;
}
long nextHighestPrime;
nextHighestPrime = nextPrimeFinder.getPrime();
System.Windows.Forms.MessageBox.Show(System.Convert.ToString(nextHighestPrime));
//Сколько времени заняли вычисления?
int calculation_time;
calculation_time = nextPrimeFinder.getTickCountDelta();
System.Windows.Forms.MessageBox.Show(System.Convert.ToString(calculation_time) + " мс");
}
Для выполнения примера с использованием указанного в листинге начального числа (123456789012345) на моем эмуляторе Pocket РС требовалось от 10 до 20 секунд. Исследуйте зависимость времени вычислений от количества цифр в начальном числе. (Как правило, с увеличением количества цифр время вычислений увеличивается.)
Использование конечных автоматов в играхНА ЗАМЕТКУ
Чтобы не усложнять пример, количество правил, используемых в функции управления переходом, было сознательно выбрано небольшим. В случае фактической реализации количество правил целесообразно увеличить, например, разрешая только допустимые переходы между состояниями, и вырабатывая исключения в непредвиденных ситуациях. Наличие жестких правил, регламентирующих возможность изменения состояния, оказывается очень полезным при поиске трудно обнаруживаемых ошибок, обусловленных выполнением кода сразу несколькими потоками. В подобных ситуациях процесс выполнения усложняется, так что введение надежных правил, осуществление проверок с помощью операторов ASSERT и генерация исключений значительно облегчат вам поиск тонких ошибок, избавив от возможной многочасовой работы по их устранению.
Конечные автоматы весьма удобно использовать в играх, в которых различные персонажи, перемещающиеся в области игры, могут действовать в различных режимах. Например, каждый персонаж может находиться в различных состояниях, соответствующих отдельным направлениям или характеру движения (персонаж обращен лицом влево или вправо, бежит вперед или назад, взбирается по лестнице, падает и тому подобное). Использование конечных автоматов с четко определенными правилами для каждого персонажа, определяющими возможные варианты его поведения в различных состояниях и допустимые переходы из одного состояния в другое, позволяет создавать сложные варианты поведения как персонажей, управляемых компьютером, так и персонажей, управляемых пользователем.
Резюме
Идея конечного автомата является чрезвычайно полезной концепцией, плодотворность которой прошла хорошую проверку временем. Использование конечных автоматов позволяет разработчикам создавать хорошо организованные приложения с гибкими возможностями. Поскольку процессу разработки мобильных приложений присущ итеративный, исследовательский характер, конечные автоматы сослужат вам хорошую службу, ибо они позволяют легко адаптировать приложение к новым идеям, которые могут возникнуть в ходе разработки проекта и внесения в него уточнений. В таких областях, как управление пользовательским интерфейсом, ресурсами, памятью или фоновым выполнением задач, использование конечных автоматов обеспечивает создание ясного, понятного и надежно функционирующего кода.
Старайтесь избегать неявного управления состояниями приложения путем встраивания соответствующего кода в различные места программы и не жалейте времени на разработку явно сформулированной модели состояний. Использование конечных автоматов стало уже обычной практикой при проектировании приложений для настольных компьютеров, серверов и мобильных устройств. Преимущества, обеспечиваемые применением конечных автоматов, заметнее всего проявляются в случае приложений для мобильных устройств, требующих экономного расходования экранного пространства, памяти, вычислительной мощности и других ресурсов. Связанные с этим незначительные дополнительные усилия с вашей стороны сторицей окупят себя впоследствии в процессе разработки прототипов, проектирования, компоновки, сопровождения и расширения приложения.
ГЛАВА 6
Шаг 0: прежде чем приступать к работе, определите сферу применения приложения
Руби Гольдберг (Rube Goldberg) (1883-1970) – художник-карикатурист, рисовавший механизмы, предназначенные, несмотря на всю фантастичность своей конструкции, для выполнения самых обычных операций. Каждый из этих механизмов представлял собой завораживающее сплетение всевозможных рычагов, шкивов и пружин и снабжался забавным описанием принципов его работы. Вам следовало бы очень внимательно ознакомиться с запутанным внутренним устройством этих механизмов, чтобы впоследствии никогда не допускать ничего подобного при разработке своих приложений для мобильных устройств. Стремитесь к простоте и действуйте всегда целенаправленно!
Иво Салмре(чтобы получить представление о механизмах Руби Гольдберга, посетите Web-сайт http://www.rube-goldberg.com/)
Введение
В название этой главы присутствует "Шаг 0", поскольку в книге, посвященной главным образом тому, как создавать приложения для мобильных устройств, ваше внимание должно быть обращено на необходимость получения в первую очередь ответа на следующий вопрос: "Какие конкретные задачи должны решаться при помощи данного мобильного приложения?" Очень важно всегда иметь для разрабатываемого приложения подходящий набор конечных целей. В процессе того, как вы будете ближе знакомиться с возможностями и ограничениями вашего целевого устройства, а также по мере появления новых или уточнения существующих требований в результате тестирования приложения, задачи разработки могут изменяться, но вы всегда должны хорошо представлять себе общую конечную цель, которая должна быть достигнута по завершении разработки. Приложение, для которого ясно не определены цели и сферы применения, обречено потонуть в море посредственных возможностей. Гораздо лучше выделить несколько важных задач, в которых будут больше всего заинтересованы пользователи мобильного устройства, и обеспечить возможность их эффективного решения, чем пытаться втиснуть все, что только возможно, в рамки одного универсального приложения.
Цель этой короткой главы состоит в том, чтобы помочь вам правильно очертить границы проекта разрабатываемого мобильного приложения. Успешность подобных приложений зависит от того, насколько они сфокусированы на решении строго определенного круга задач. Работа с мобильными приложениями, предназначенными для повышения производительности труда, обычно ведется в виде коротких сеансов, во время которых пользователь получает и изменяет данные или запрашивает услуги. Правильно определив набор необходимых средств, вы предоставите пользователям возможность быстрейшего получения информации и услуг, в которых они нуждаются. Вероятно, мобильное приложение с множеством форм, для просмотра и изучения которых пользователю понадобится более 20 минут, вряд ли можно считать соответствующим этому критерию; 20 секунд – вот те временные рамки, на которые вы должны ориентироваться. To же самое относится и к приложениям развлекательного характера; отличная мобильная игра должна быть простой в использовании, быстро запускаться и учитывать специфику кратковременных сеансов.
