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Scala+Eclipse+Android手机开发初探

在Android设备上运行Scala编写的移动应用软件?本文介绍了Android SDK(v1.5)下使用Eclipse的Scala插件(v2.7.5)进行移动应用开发的一些入门知识。

作者:Michael Galpin来源:IBMDW|2009-10-30 10:45


众所周知Android平台上可以跑Java,因此运行在JVM之上的Scala也可以跑。在本文中,我们将创建一个在 Android 设备上运行的移动应用程序。您将需要安装 Android SDK;本文使用 V1.5 SDK。应用程序代码将用 Scala 编程语言编写。如果您从来没用过 Scala,那么没有关系,因为本文将解释 Scala 代码。但是,即使您不熟悉 Scala,建议您至少熟悉 Java 语言。本文使用 Scala V2.7.5 进行开发。对于 Android 和 Scala 都提供了很好的 Eclipse 插件。本文使用 Eclipse V3.4.2 和 Android Development Tools(ADT) V0.9.1 以及 Scala IDE 插件 V2.7.5。

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编写 Android 应用程序听起来像是一个复杂的命题。Android 应用程序在它们自己的虚拟机中运行:Dalvik 虚拟机。但是,Android 应用程序的构建路径是开放的。下面表明了我们将使用的基本策略。

图 1. Android 上 Scala 的构建路径

Android 上 Scala 的构建路径

其思想是,我们首先将所有 Scala 代码编译成 Java 类文件。这是 Scala 编译器的工作,所以这方面没什么太复杂的事情。接下来,获取 Java 类文件,使用 Android dex 编译器将类文件编译成 Android 设备上的 Dalvik VM 使用的格式。这就是所谓的 dexing,也是 Android 应用程序的常规编译路径。通常,要经历从 .java 文件到 .class 文件再到 .dex 文件的过程。在本文,惟一不同的是我们从 .scala 文件开始。最后,.dex 文件和其他应用程序资源被压缩成一个 APK 文件,该文件可安装到 Android 设备上。

那么,如何让这一切发生?我们将使用 Eclipse 做大部分工作。但是,此外还有一个较复杂的步骤:要让代码运行,还需要来自标准 Scala 库中的代码。在典型的 Scala 安装中,这是 /lib/scala-library.jar 中一个单独的 JAR。但是,这个 JAR 包括一些不受 Android 支持的代码。有些代码需要稍作调整,有些代码则必须移除。scala-library.jar 的定制构建是运行得最好的,至少目前是这样。请参阅 参考资料,了解这里使用的定制构建。我们将把这个 JAR 称作 Android 库 JAR。

有了这个 JAR,剩下的事情就很容易了。只需使用 Eclipse 的 ADT 插件创建一个 Android 项目。然后将一个 Scala 特性(nature)添加到项目中。用前面谈到的 Android 库替代标准的 Scala 库。最后,将输出目录添加到类路径中。现在,可以开始了。现在,我们有了基本的设置,接下来看看我们将使用 Scala 创建的 Android 应用程序。

UnitsConverter

现在,我们知道如何利用 Scala 代码,将它转换成将在 Android 设备上运行的二进制格式,接下来可以使用 Scala 创建一个移动应用程序。我们将创建的应用程序是一个简单的单位转换应用程序。通过这个应用程序可以方便地在英制单位与公制单位之间来回转换。这是一个非常简单的应用程序,但是我们将看到,即使是最简单的应用程序也可以从使用 Scala 中获益。我们首先看看 UnitsConverter 的布局元素。

创建布局

您也许对编写手机上运行的 Scala 感到兴奋,但是并非所有的移动开发编程都应该用 Scala 或 Java 语言完成。Android SDK 提供了一种很好的方式,使用基于 XML 的布局系统将用户界面代码与应用程序逻辑分离。我们来看看本文中的应用程序的主要布局文件,如清单 1 所示。

清单 1. Converter 应用程序的主要布局

< ?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
< RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="fill_parent" android:layout_height="fill_parent"
    android:gravity="center_horizontal" android:padding="10px"
    >
    < TextView android:id="@+id/prompt_label" android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content" 
        android:text="@string/prompt_metric"/>
    < EditText android:id="@+id/amount" android:layout_below="@id/prompt_label"
        android:layout_width="fill_parent" 
        android:layout_height="wrap_content"/>
    < TextView android:id="@+id/uom_label"  
        android:layout_below="@id/amount"
        android:layout_width="wrap_content" 
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="@string/uom"/>
    < Spinner android:id="@+id/uom_value"
        android:layout_below="@id/uom_label"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"/>
    < Button android:id="@+id/convert_button"
        android:layout_below="@id/uom_value"
        android:layout_width="wrap_content"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:text="@string/convert_button_label"/>
    < TextView android:id="@+id/result_value"
        android:layout_below="@id/convert_button"
        android:layout_width="fill_parent"
        android:layout_height="fill_parent"/>        
< /RelativeLayout>

以上代码非常简洁地创建了该应用程序的主 UI。它的根节点是一个 RelativeLayout 容器元素。Android SDK 中有很多布局选项。RelativeLayout 指示运行时使用相对定位对不同的 UI 小部件进行布局。要使用相对定位,可添加可见元素 — 在这里是一个 TextView 元素。这是用于显示文本的一个简单的元素。它被赋予一个 ID prompt_label。接下来的元素,即一个 EditText 元素(一个文本输入框)将用到它。这个元素有一个 layout_below 属性,它的值等于 prompt_label ID。换句话说,EditText 应该放在名为 prompt_label 的元素的下方。

布局代码剩下的部分非常简单。有一个带标签的文本输入框、一个带标签的微调器(一个组合框或下拉框)、一个按钮和一个用于输出的文本框。图 2 显示正在运行的应用程序的一个截图,其中标出了不同的元素。

图 2. Android lLayout — 分解图

Android lLayout -- 分解图

那么,以上视图中看到的不同文本值来自哪里呢?注意,清单 1 中的一些元素有一个 text 属性。例如,prompt_label 元素有一个等于 @string/prompt_metric 的 text 属性。这表明它将使用 Android 应用程序中一个标准的资源文件:strings.xml 文件,如清单 2 所示。

清单 2. strings.xml 资源

< ?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
< resources>
    < string name="prompt_metric">Enter amount (KM, g, L, C)< /string>
    < string name="prompt_english">Enter amount (miles, lbs, gallons,F)< /string>
    < string name="uom">Units of Measure< /string>
    < string name="convert_button_label">Convert< /string>
    < string name="app_name">Converter< /string>
    < string name="english_units">English< /string>
    < string name="metric_units">Metric< /string>
< /resources>

现在可以看到,图 2 中所有的文本来自何处。微调器有一个下拉框,其中包含可用于度量的单位,那些单位在清单 2 中没有列出。相反,它们来自另一个文件 arrays.xml,如清单 3 所示。

清单 3. arrays.xml 资源

< ?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
< resources>
    < array name="english_units">
        < item>Fahrenheit< /item>
        < item>Pounds< /item>
        < item>Ounces< /item>
        < item>Fluid Ounces< /item>
        < item>Gallons< /item>
        < item>Miles< /item>
        < item>Inches< /item>
    < /array>
    < array name="metric_units">
        < item>Celsius< /item>
        < item>Kilograms< /item>
        < item>Grams< /item>
        < item>Millileters< /item>
        < item>Liters< /item>
        < item>Kilometers< /item>
        < item>Centimeters< /item>
    < /array>    
< /resources>

现在,我们可以看到将用于微调器的那些值。那么,这些值如何出现在微调器中,应用程序如何在英制单位与公制单位之间切换?要回答这些问题,我们需要看看应用程序代码本身。

Scala 应用程序代码

Converter 应用程序的代码非常简单 — 不管用什么语言编写。当然,用 Java 编写起来非常容易,但是用 Scala 编写也同样不复杂。首先我们看看前面见过的 UI 背后的代码。

视图背后的代码

解释创建 UI 的 Scala 代码的最简单方式是先看看代码,然后走查一遍。对于任何应用程序,都是在应用程序的 AndroidManifest.xml 文件中定义应用程序的默认活动。任何 UI 背后都有一个 Activity 类,默认的 Activity 定义当应用程序初次装载时执行的 Activity 类。对于像本文这样简单的应用程序,有一个 Converter 类,清单 4 中显示了它的源代码。

清单 4. Converter 活动类

class Converter extends Activity{
    import ConverterHelper._
    private[this] var amountValue:EditText = null
    private[this] var uom:Spinner= null
    private[this] var convertButton:Button = null
    private[this] var resultValue:TextView = null
    
    override def onCreate(savedInstanceState:Bundle){
      super.onCreate(savedInstanceState)
      setContentView(R.layout.main)
      uom = findViewById(R.id.uom_value).asInstanceOf[Spinner]
      this.setUomChoice(ENGLISH)
      amountValue = findViewById(R.id.amount).asInstanceOf[EditText]
      convertButton = findViewById(R.id.convert_button).asInstanceOf[Button]
      resultValue = findViewById(R.id.result_value).asInstanceOf[TextView]
      convertButton.setOnClickListener( () => {
          val unit = uom.getSelectedItem.asInstanceOf[String]
          val amount = parseDouble(amountValue.getText.toString)
          val result = UnitsConverter.convert(Measurement(unit,amount))
          resultValue.setText(result)
      })
    }
    override def onCreateOptionsMenu(menu:Menu) = {
      super.onCreateOptionsMenu(menu)
      menu.add(NONE, 0, 0, R.string.english_units)
      menu.add(NONE, 1, 1, R.string.metric_units)
      true
    }
    override def onMenuItemSelected(featureId:Int, item:MenuItem) = {
      super.onMenuItemSelected(featureId, item)
      setUomChoice(if (item.getItemId == 1) METRIC else ENGLISH)
      true
    }
    private 
    def setUomChoice(unitOfMeasure:UnitsSystem){
      if (uom == null){
        uom = findViewById(R.id.uom_value).asInstanceOf[Spinner]
      }
      val arrayId = unitOfMeasure match {
        case METRIC => R.array.metric_units
        case _ => R.array.english_units
      }
      val units = new ArrayAdapter[String](this, R.layout.spinner_view, 
        getResources.getStringArray(arrayId))
      uom.setAdapter(units)      
    }
}

我们从这个类的顶部开始。它扩展 android.app.Activity。这是一个 Java 类,但是从 Scala 中可以对 Java 类轻松地进行细分。接下来,它有一些实例变量。每个实例变量对应前面定义的一个 UI 元素。注意,每个实例变量还被限定为 private[this]。这演示了 Scala 中特有的一种访问控制级别,而 Java 语言中不存在这种访问控制。这些变量不仅是私有的,而且只属于 Converter 类的特定实例。这种级别的访问控制对于移动应用程序来说有些大材小用,但是如果您是一名 Scala 开发人员,可以放心地在 Android 应用程序上使用您熟悉的语法。

回到清单 4 中的代码,注意,我们覆盖了 onCreate 方法。这是 Activity 类中定义的方法,通常被定制的 Activity 覆盖。如果用 Java 语言编写该代码,那么应该添加一个 @Override 标注。在 Scala 中,override 是一个关键词,用于确保正确性。这样可以防止误拼方法名之类的常见错误。如果误拼了方法名,Scala 编译器将捕捉到方法名并返回一个错误。注意,在这个方法上,以及任何其他方法上,不需要声明返回类型。Scala 编译器可以轻松推断出该信息,所以不需要多此一举。

onCreate 中的大部分代码类似于 Java 语言编写的代码。但是有几点比较有趣。注意,我们使用 findViewById 方法(在 Activity 子类中定义)获得不同 UI 元素的句柄。这个方法不是类型安全的,需要进行类型转换(cast)。在 Scala 中,要进行类型转换,可使用参数化方法 asInstanceOf[T],其中 T 是要转换的类型。这种转换在功能上与 Java 语言中的转换一样。不过 Scala 有更好的语法。接下来,注意对 setUomChoice 的调用(稍后我们将详细谈到这个方法)。最后,注意上述代码获得一个在布局 XML 中创建的按钮的句柄,并添加一个单击事件处理程序。

如果用 Java 语言编写,那么必须传入 Android 接口 OnClickListener 的一个实现。这个接口只定义一个方法:onClick。实际上,您关心的只是那个方法,但是在 Java 语言中无法直接传入方法。而在 Scala 中则不同,在 Scala 中可以传入方法字面量(literal)或闭包。在这里,我们用语法 () => { ... } 表示闭包,其中方法的主体就是花括号中的内容。开始/结束括号表示一个不带参数的函数。但是,我将这个闭包传递到 Button 的一个实例上的 setOnClickListener 方法,Button 是 Android SDK 中定义的一个 Java 类。如何将 Scala 闭包传递到 Java API?我们来看看。

Android 上的函数式编程

为了理解如何让 Android API 使用函数字面量,看看 Converter 类定义的第一行。这是一条重要的语句。这是 Scala 的另一个很好的特性。您可以在代码的任何地方导入包、类等,它们的作用域限于导入它们的文件。在这里,我们导入 ConverterHelper 中的所有东西。清单 5 显示 ConverterHelper 代码。

清单 5. ConverterHelper

object ConverterHelper{
  import android.view.View.OnClickListener
  implicit def funcToClicker(f:View => Unit):OnClickListener = 
    new OnClickListener(){ def onClick(v:View)=f.apply(v)}
  implicit def funcToClicker0(f:() => Unit):OnClickListener = 
    new OnClickListener() { def onClick(v:View)=f.apply}
}

这是一个 Scala 单例(singleton),因为它使用对象声明,而不是类声明。单例模式被直接内置在 Scala 中,可以替代 Java 语言中的静态方法或变量。在这里,这个单例存放一对函数:funcToClicker 和 funcToClicker0。这两个函数以一个函数作为输入参数,并返回 OnClickListener 的一个实例,OnClickListener 是 Android SDK 中定义的一个接口。例如,funcToClicker 被定义为以一个函数 f 为参数。这个函数 f 的类型为带一个 View 类型(Android 中的另一个类)的输入参数的函数,并返回 Unit,它是 void 在 Scala 中的对等物。然后,它返回 OnClickListener 的一个实现,在这个实现中,该接口的 onClick 方法被实现为将输入函数 f 应用到 View 参数。另一个函数 funcToClick0 也做同样的事情,只是以一个不带输入参数的函数为参数。

这两个函数(funcToClicker 和 funcToClicker0)都被定义为隐式函数(implicit)。这是 Scala 的一个方便的特性。它可以让编译器隐式地将一种类型转换成另一种类型。在这里,当编译器解析 Converter 类的 onCreate 方法时,它遇到一个 setOnClickListener 调用。这个方法需要一个 OnClickListener 实例。但是,编译器却发现一个函数。在报错并出现编译失败之前,编译器将检查是否存在隐式函数,允许将函数转换为 OnClickListener。由于确实还有这样的函数,所以它执行转换,编译成功。现在,我们理解了如何使用 Android 中的闭包,接下来更仔细地看看应用程序逻辑 — 特别是,如何执行单位转换计算。

单位转换和计算

我们回到清单 4。传入 onClickListener 的函数收到用户输入的度量单位和值。然后,它创建一个 Measurement 实例,并将该实例传递到一个 UnitsConverter 对象。清单 6 显示相应的代码。

清单 6. Measurement 和 UnitsConverter

case class Measurement(uom:String, amount:Double)

object UnitsConverter{
      // constants
    val lbToKg = 0.45359237D
      val ozToG = 28.3495231
      val fOzToMl = 29.5735296
      val galToL = 3.78541178
      val milesToKm = 1.609344
      val inchToCm = 2.54  
   
      def convert (measure:Measurement)= measure.uom match {
          case "Fahrenheit" => (5.0/9.0)*(measure.amount - 32.0) + " C"
            case "Pounds" => lbToKg*measure.amount + " kg"
            case "Ounces" => ozToG*measure.amount + " g"
            case "Fluid Ounces" => fOzToMl*measure.amount + " mL"
            case "Gallons" => galToL*measure.amount + " L"
            case "Miles" => milesToKm*measure.amount + " km"
            case "Inches" => inchToCm*measure.amount + " cm"
            case "Celsius" => (9.0/5.0*measure.amount + 32.0) + " F"
            case "Kilograms" => measure.amount/lbToKg + " lbs"
            case "Grams" => measure.amount/ozToG + " oz"
            case "Millileters" => measure.amount/fOzToMl + " fl. oz."
            case "Liters" => measure.amount/galToL + " gallons"
            case "Kilometers" => measure.amount/milesToKm + " miles"
            case "Centimeters" => measure.amount/inchToCm + " inches"
            case _ => ""
      }
}

Measurement 是一个 case 类。这是 Scala 中的一个方便的特性。用 “case” 修饰一个类会导致这个类生成这样一个构造函数:这个构造函数需要类的属性,以及 equals、 hashCode 和 toString 的实现。它对于像 Measurement 这样的数据结构类非常适合。它还为定义的属性(在这里就是 uom 和 amount)生成 getter 方法。也可以将那些属性定义为 vars(可变变量),然后也会生成 setter 方法。仅仅一行 Scala 代码可以做这么多事情!

接下来,UnitsConverter 也是一个单例模式,因为它是使用 object 关键词定义的。它只有一个 convert 方法。注意,convert 被定义为相当于一条单一语句 — 一条 match 语句。它是一个单一表达式,所以不需要额外的花括号。它使用 Scala 的模式匹配。这是函数式编程语言中常见的一个强大特性。它类似于 Java 语言和很多其他语言中的 switch 语句。但是,我们可以匹配字符串(实际上,还可以有比这高级得多的匹配)。如果字符串匹配,则执行适当的计算,并返回格式化的字符串,以供显示。最后,注意与 _ 匹配的最后一个 case。Scala 中的很多地方使用下划线作为通配符。在这里,它表示匹配任何东西,这类似于 Java 语言中的 default 语句。

现在,我们理解了应用程序中的计算,最后来看看剩下的 UI 设置和菜单。

UI 初始化和菜单

回到清单 4。我们说过要看看 setUomChoice。这个方法被定义为带有一个 UnitsSystem 类型的参数。我们来看看如何定义这个类型。

清单 7. UnitsSystem

sealed case class UnitsSystem()
case object ENGLISH extends UnitsSystem
case object METRIC extends UnitsSystem

我们看到,UnitsSystem 是一个密封的 case 类,没有属性。看上去它不是很有用。接下来,我们看看两个 case 对象。还记得吗,object 表示 Scala 中的一个单例。在这里,有两个 case 对象,每个 case 对象都扩展 UnitsSystem。这是 Scala 中的一个常见的特色,它可以提供更简单、更类型安全的枚举方式。

现在 setUomChoice 的实现更加合理。在获得微调器的一个句柄后,我们匹配传入的 UnitsSystem 的类型。这标识了我们在前面见到的 arrays.xml 中的一个数组。这是使用 Android SDK 生成的 R 类表示资源,例如 arrays.xml 文件。一旦知道使用哪个数组,我们就通过创建一个传入微调器的适配器(在这里是一个 ArrayAdapter),使用那个数组作为微调器的数据源。

最后,看看清单 4 中的 onCreateOptionsMenu 和 onMenuItemSelected 方法。这些方法是在 Activity 中定义的,我们将在 Converter 活动中覆盖这些方法。第一个方法创建一个菜单。第二个方法处理用户从菜单中选择 English 或 metric 的事件。它再次调用 setUomChoice。这使用户可以在从英制单位转换为公制单位与从公制单位转换为英制单位之间进行切换。

结束语

Android 平台的架构使它可以用于在 Java 虚拟机上运行的任何编程语言。我们看到了如何设置 Android 项目,使它使用 Scala 代码。这个过程也可以延伸到其他 JVM 编程语言,例如 Groovy、JRuby 或 Fan。当可以任意使用 Scala 编程语言时,编写 Android 应用程序将变得更轻松。您仍可以使用 Eclipse 进行开发。仍然可以在 Eclipse 中用模拟器和设备进行调试。您可以继续使用所有的工具,同时又得到一种生产率更高的编程语言。

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【责任编辑:杨赛 TEL:(010)68476606】

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