SCIM输入法架构分析(上）

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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。

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