引言：我們已經(jīng)習(xí)慣于一個(gè)人獨(dú)立進(jìn)行軟件開發(fā)，每個(gè)人都使用自己的風(fēng)格進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，但隨著工程項(xiàng)目變大或者是對(duì)時(shí)間要求比較緊時(shí)，就需要幾個(gè)人，十幾個(gè)人，甚至是上百個(gè)人協(xié)作進(jìn)行軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)，這時(shí)一個(gè)比較棘手的問題就是如何將若干人所編寫的軟件代碼（有可能是鏈接庫(kù)、組件）進(jìn)行無(wú)縫地集成，縱然進(jìn)行源代碼集成是個(gè)比較傳統(tǒng)也比較成熟的方式，適當(dāng)使用鏈接庫(kù)或組件，也可減少源代碼的泄露，但經(jīng)常的情況是每一次的程序集成和代碼維護(hù)都需要重新編譯與鏈接源代碼和重新發(fā)布新軟件，這種工作有時(shí)又是非常麻煩的。那么就有疑問產(chǎn)生，能不能有一種方法將需要開發(fā)的目標(biāo)軟件分為若干功能部件，各部件之間遵循著標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)定，這樣在各個(gè)部件按要求開發(fā)之后，在進(jìn)行整個(gè)軟件集成時(shí)只是將需要的部件進(jìn)行組裝，而不是集成各源代碼或鏈接庫(kù)進(jìn)行編譯與鏈接，需要新的功能組件時(shí)也是按規(guī)定開發(fā)，之后只進(jìn)行組裝軟件就可以使用，這就是使用一種二進(jìn)制的軟件集成方法。答案是肯定，這就是平臺(tái)+插件的軟件設(shè)計(jì)方法。
一、已有的軟件系統(tǒng)（平臺(tái)+插件）介紹與插件分類
   現(xiàn)在就來(lái)看一看所有軟件系統(tǒng)的根——操作系統(tǒng)（OS）。操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件，是計(jì)算機(jī)不可缺少的關(guān)鍵軟件，只有安裝有操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)才能為人所用，才能變?yōu)檎嬲��?jì)算工具。操作系統(tǒng)除完成其基本功能以外，還為軟件開發(fā)人員提供了應(yīng)用程序開發(fā)接口（API），軟件開發(fā)人員使用API進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與代碼編寫，程序調(diào)試編譯以后，安裝在所依托的操作系統(tǒng)之后，用戶開發(fā)的軟件（可分為工具軟件和應(yīng)用軟件）就可以正常運(yùn)行。而這時(shí)并不需要對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行修改，也不需要重新編譯和鏈接操作系統(tǒng)，對(duì)于用戶軟件來(lái)說(shuō)，操作系統(tǒng)是完全透明的。操作系統(tǒng)與用戶軟件是一個(gè)極好的平臺(tái)+插件實(shí)例。
   除操作系統(tǒng)之外，在用戶軟件方面也有許多這種平臺(tái)+插件的軟件系統(tǒng)實(shí)例，其中大名鼎鼎的就是Adobe公司的PHOTOSHOP圖形處理軟件。PHOTOSHOP除其圖形處理功能卓越以外，還有一項(xiàng)給開發(fā)人員印象較深的就是其插件（Plug-in）功能。為了提高圖形的處理功能PHOTOSHOP提供了標(biāo)準(zhǔn)插件開發(fā)接口，這樣第三方軟件開發(fā)商就可以按標(biāo)準(zhǔn)插件接口開發(fā)獨(dú)具特色的圖形功能擴(kuò)展，開發(fā)的插件安裝后，系統(tǒng)即可使用，而不影響主程序和其它插件，通過此種方法PHOTOSHOP擴(kuò)展了成千上萬(wàn)的濾鏡（Filter）功能插件。除PHOTOSHOP外，使用插件技術(shù)的軟件還有IE，Netscape，Macromedia公司的系列軟件，以及Microsoft的Visual Studio開發(fā)工具及Office辦公軟件等。各用戶軟件領(lǐng)域所應(yīng)用的插件技術(shù)可分為三種類型：
   1、類似批命令的簡(jiǎn)單插件（文本插件）。事實(shí)上這種插件的自由度非常低。使用這種方法的軟件有Win Hacker等，運(yùn)行這種插件后，會(huì)一步步要求用戶進(jìn)行選擇/輸入，最后根據(jù)用戶的輸入來(lái)執(zhí)行一系列事先定義好的操作。這種插件一般是文本文件。功能比較單一，可擴(kuò)展性極小。優(yōu)點(diǎn)是插件做起來(lái)非常方便，即使是對(duì)程序設(shè)計(jì)了解不多的人也可以制作。如WinAmp的Skin。
   2、使用一種特殊的腳本語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的插件（腳本插件）。這種插件比較難寫，需要軟件開發(fā)者自己制作一個(gè)程序解釋內(nèi)核。比如微軟惹了很多麻煩的宏就是這種類型的。Microsoft Office就提供了開發(fā)者用于擴(kuò)展輔助功能的內(nèi)置VBScript（VBA）。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需使用其它工具來(lái)制作插件，軟件本身就可以實(shí)現(xiàn)，普遍出現(xiàn)于各種辦公自動(dòng)化軟件中。
   3、利用已有的程序開發(fā)環(huán)境來(lái)制作插件（程序插件）。例如PhotoShop等軟件使用的方法。使用這種方法的軟件在程序主體中建立了多個(gè)自定義的接口，使插件能夠自由訪問程序中的各種資源。這種插件的優(yōu)勢(shì)在于自由度極大，可以無(wú)限發(fā)揮插件開發(fā)者的創(chuàng)意，這種插件是狹義范圍的插件，也是真正意義上的插件。而這種插件機(jī)制的編寫相對(duì)復(fù)雜，對(duì)于插件接口之間的協(xié)調(diào)比較困難，插件的開發(fā)也需要專業(yè)的程序員才能進(jìn)行。
   本文主要討論的是第3種類型插件，即利用已有程序開發(fā)環(huán)境制作的程序插件。
二、平臺(tái)+插件軟件設(shè)計(jì)基本思想
   插件的本質(zhì)在于不修改程序主體（平臺(tái)）的情況下對(duì)軟件功能進(jìn)行擴(kuò)展與加強(qiáng)，當(dāng)插件的接口公開后，任何公司或個(gè)人都可以制作自己的插件來(lái)解決一些操作上的不便或增加新的功能，也就是實(shí)現(xiàn)真正意義上的“即插即用”軟件開發(fā)。平臺(tái)+插件軟件結(jié)構(gòu)是將一個(gè)待開發(fā)的目標(biāo)軟件分為兩部分，一部分為程序的主體或主框架，可定義為平臺(tái)，另一部分為功能擴(kuò)展或補(bǔ)充模塊，可定義為插件。
   在進(jìn)行軟件開發(fā)之前，是否采用平臺(tái)+插件結(jié)構(gòu)進(jìn)行軟件開發(fā)，還要依據(jù)具體的軟件需求情況進(jìn)行確定，但一般來(lái)講，使用平臺(tái)+插件結(jié)構(gòu)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)會(huì)給所開發(fā)軟件增加新的生命力。當(dāng)確定平臺(tái)+插件的軟件結(jié)構(gòu)之后，就要分析哪些部分功能由主體完成，即平臺(tái)的基本功能，哪些部分功能由插件完成，即需要擴(kuò)展的插件功能。平臺(tái)所完成的功能應(yīng)為一個(gè)軟件系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，這些基本功能即可為用戶使用，也可為插件使用，就是又可以把平臺(tái)基本功能分為兩個(gè)部分，內(nèi)核功能和插件處理功能。平臺(tái)的內(nèi)核功能是整個(gè)軟件的重要功能，一個(gè)軟件的大部分功能因由內(nèi)核功能完成。平臺(tái)的插件處理功能用于擴(kuò)展平臺(tái)和管理插件，為插件操縱平臺(tái)和與插件通信提供標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)擴(kuò)展接口。插件所完成的功能是對(duì)平臺(tái)功能的擴(kuò)展與補(bǔ)充，一般插件完成系列化功能，例如：PHOTOSHOP的濾鏡插件完成對(duì)圖形的特殊效果處理，這些功能都有一些共性，可以進(jìn)行集中管理，并且是可以定義出標(biāo)準(zhǔn)的插件接口。
   為了實(shí)現(xiàn)平臺(tái)+插件結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計(jì)需要定義兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，一個(gè)為由平臺(tái)所實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)擴(kuò)展接口，一個(gè)為插件所實(shí)現(xiàn)的插件接口。這里需要說(shuō)明的是：平臺(tái)擴(kuò)展接口完全由平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，插件只是調(diào)用和使用，插件接口完全由插件實(shí)現(xiàn)，平臺(tái)也只是調(diào)用和使用。平臺(tái)擴(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)插件向平臺(tái)方向的單向通信，插件通過平臺(tái)擴(kuò)展接口可獲取主框架的各種資源和數(shù)據(jù)，可包括各種系統(tǒng)句柄，程序內(nèi)部數(shù)據(jù)以及內(nèi)存分配等。插件接口為平臺(tái)向插件方向的單向通信，平臺(tái)通過插件接口調(diào)用插件所實(shí)現(xiàn)的功能，讀取插件處理數(shù)據(jù)等。
   平臺(tái)插件處理功能包括插件注冊(cè)、管理和調(diào)用，以及平臺(tái)擴(kuò)展接口的功能實(shí)現(xiàn)。插件注冊(cè)為按照某種機(jī)制首先在系統(tǒng)中搜索已安裝插件，之后將搜索到的插件注冊(cè)到平臺(tái)上，并在平臺(tái)上生成相應(yīng)的調(diào)用機(jī)制，這包括菜單選項(xiàng)、工具欄、內(nèi)部調(diào)用等。插件管理完成插件與平臺(tái)的協(xié)調(diào)，為各插件在平臺(tái)上生成管理信息以及進(jìn)行插件的狀態(tài)跟蹤。插件調(diào)用為調(diào)用各插件所實(shí)現(xiàn)的功能。平臺(tái)插件處理功能實(shí)現(xiàn)的另一部分功能為平臺(tái)擴(kuò)展接口的具體實(shí)現(xiàn)。
   平臺(tái)+插件軟件設(shè)計(jì)步驟包括：
1、 確定平臺(tái)基本功能和插件要完成系列化功能或擴(kuò)展功能；
2、 定義平臺(tái)擴(kuò)展接口和插件接口；
3、 完成平臺(tái)設(shè)計(jì)，主要是平臺(tái)插件處理功能；
4、 向插件開發(fā)者提供主平臺(tái)程序（執(zhí)行代碼），公布平臺(tái)擴(kuò)展接口和插件要實(shí)現(xiàn)的接口，可能包括開發(fā)用的SDK；
5、 插件開發(fā)者按要求開發(fā)插件，實(shí)現(xiàn)插件接口，開發(fā)者可使用提供的主平臺(tái)程序測(cè)試插件；
6、 主平臺(tái)設(shè)計(jì)者繼續(xù)完成主平臺(tái)的內(nèi)核功能，并可隨時(shí)公布新增加主平臺(tái)擴(kuò)展接口和插件接口；
7、 實(shí)現(xiàn)4-6步驟的良性循環(huán)，整個(gè)軟件系統(tǒng)不斷向前進(jìn)化。
   平臺(tái)+插件軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：
1、 實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟件組件的“即插即用”；
2、 在二進(jìn)制級(jí)上集成軟件，減少大量的軟件重新編譯與發(fā)布麻煩與時(shí)間；
3、 能夠很好實(shí)現(xiàn)軟件模塊的分工開發(fā)，能夠大量吸取他人的優(yōu)長(zhǎng)；
4、 可較好實(shí)現(xiàn)代碼隱藏，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
三、基于COM的原型實(shí)現(xiàn)
   平臺(tái)+插件軟件的目標(biāo)及設(shè)計(jì)思路已經(jīng)明確，那么用什么樣的方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)插件（程序插件），從目前已有這方面軟件的設(shè)計(jì)方法來(lái)看（Windows系統(tǒng)上的軟件），一種是使用傳統(tǒng)DLL方法的實(shí)現(xiàn)，一種是使用COM方法的實(shí)現(xiàn)。下面就以COM技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)基本的原型框架設(shè)計(jì)。COM技術(shù)的原理大家都已經(jīng)相當(dāng)熟悉，本文為了實(shí)現(xiàn)平臺(tái)+插件的幾方面功能，相應(yīng)地采用COM的相關(guān)方面技術(shù)與方法來(lái)介紹有關(guān)實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)。整個(gè)原型系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境：Windows 2000、Visual C++ 7.0，使用的開發(fā)庫(kù)包括MFC和ATL。
   插件注冊(cè)   為了管理插件首先是設(shè)計(jì)一種插件的注冊(cè)機(jī)制，通過此種機(jī)制平臺(tái)可以搜索到系統(tǒng)中所有的可用插件，并在平臺(tái)上生成各插件的調(diào)用點(diǎn)。注冊(cè)就需要為每插件設(shè)置一個(gè)特殊標(biāo)識(shí)，有了這個(gè)標(biāo)識(shí)的插件，平臺(tái)就可以使用。使用COM實(shí)現(xiàn)注冊(cè)機(jī)制有一種非常好的方法，這就是組件目錄（Component Category）。組件目錄也是COM實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)接口（Interface，不同于平臺(tái)+插件中所說(shuō)的接口）。在設(shè)計(jì)COM組件時(shí)，只為其定義一個(gè)目錄分類信息即可，之后就可使用標(biāo)準(zhǔn)的組件目錄接口在系統(tǒng)中搜索特定類型的組件，插件注冊(cè)與標(biāo)識(shí)就可輕松地解決了。
    插件管理與調(diào)用  由組件目錄獲得特定標(biāo)識(shí)的組件后，就需要為每個(gè)插件生成管理機(jī)制，每個(gè)插件都有一個(gè)類ID（CLSID），在平臺(tái)中為每個(gè)插件生成一個(gè)類ID數(shù)組，每個(gè)插件的每一個(gè)可調(diào)用功能均生成一個(gè)菜單項(xiàng)（動(dòng)態(tài)生成菜單項(xiàng)）。對(duì)每個(gè)插件是否激活，平臺(tái)都有相應(yīng)的記錄信息。插件調(diào)用可通過菜單消息循環(huán)或內(nèi)部調(diào)用實(shí)現(xiàn)。
   平臺(tái)擴(kuò)展接口和插件接口  這兩個(gè)接口不同于COM技術(shù)中的接口，但平臺(tái)擴(kuò)展接口和插件接口可使用COM技術(shù)的接口定義實(shí)現(xiàn)。在原型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)上平臺(tái)擴(kuò)展接口定義了一個(gè)IServer接口，插件接口定義了一個(gè)IPlugin接口。IServer接口用于為插件傳遞內(nèi)部數(shù)據(jù)接口，IPlugin接口用于讀取插件功能信息，并且還用于傳遞平臺(tái)消息與資源句柄。
    消息、資源與數(shù)據(jù)傳遞  平臺(tái)與插件之間需要進(jìn)行大量的消息與數(shù)據(jù)交互，其中包括：各種Windows消息、各種Windows資源句柄，以及系統(tǒng)使用的各種內(nèi)部數(shù)據(jù)，有時(shí)還可能需要分配內(nèi)存。所有的消息與數(shù)據(jù)交互均由平臺(tái)擴(kuò)展接口和插件接口所定義的標(biāo)準(zhǔn)方法實(shí)現(xiàn)，在原型系統(tǒng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鼠標(biāo)消息、窗口句柄、設(shè)備句柄和程序內(nèi)部定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的傳遞。

    結(jié)    論：原型系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)一種通用的平臺(tái)+插件軟件開發(fā)的框架模式，通過實(shí)踐證明這種思路和設(shè)計(jì)方法可行，可以應(yīng)用到我們的具體軟件開發(fā)上。通過這種方式可以很好地解決軟件合作開發(fā)與集成問題，對(duì)有版本級(jí)別的軟件開發(fā)更為有用。高級(jí)版的軟件安裝有高級(jí)版的插件，低級(jí)版的軟件不安裝高級(jí)版的插件，這就給程序分發(fā)和開發(fā)帶來(lái)極大的便利。對(duì)于有系列化功能的軟件，系列化功能由插件實(shí)現(xiàn)。