Несмотря на прикладной характер проблемы, описываемый в статье круг вопросов может быть полезен для решения многих задач под любые программные платформы. В статье приводятся фрагменты программного кода, проверенного в среде Delphi 2006 for Microsoft .NET Framework (.NET 1.1.), которая, наверно, так и останется экзотической, но приводимая информация может быть также полезна для создания приложения в Delphi for win32 и в MS Visual Studio for .NET.

Дерево тарифных зон (по-другому тарифное или тарификационное дерево) — двоичный файл, записываемый в ограниченную область памяти какого-либо портативного компактного устройства тарифицирования, в частности платного телефонного аппарата — таксофона. Для краткости будем называть его просто деревом. Общепринятое назначение дерева — определить номер тарифной зоны для междугородного/международного телефонного номера, набранного абонентом. Необходимость использования тарифного дерева обусловлена тем, что некоторые конкурентоспособные на российском рынке программируемые средства тарифицирования (пример — междугородные карточные таксофоны) не всегда поддерживают большие объемы памяти для хранения данных и тем более редко находятся в постоянном подключении к системе управления верхнего уровня. Поэтому дерево стало неким компромиссным уровнем между программно-аппаратными средствами и обслуживающим их персоналом.

Платная тарифная зона определяется программой тарифицирующего устройст-ва путем последовательного анализа цифр, входящих в набираемый телефонный номер. При этом происходит перемещение по так называемым узлам тарифного дерева, цифра за цифрой, по ветви, соответствующей анализируемому номеру.  

Рис. 1. Графическое отображение фрагмента тарифного дереваНа рис. 1 показан фрагмент тарифного дерева, на котором хорошо видно, как при возможном наборе абонентом телефонного номера 8-10-1-24 и т. д. тарифицирующее устройство автоматически попадает на шаблон 24(4-5), где к набору на этом уровне разрешен диапазон кодов от 244 до 245. Уже за этим конкретным шаблоном закреплено определенное тарифное правило, и аппарат точно будет знать, сколько денег должен абонент за минуту такого телефонного звонка. Подобные «конечные» шаблоны будем называть формулами. То есть формула — это узел дерева с однозначно определенными тарифными правилами. Формула как узел не имеет дочерних веток, а узлы, которые могут иметь в качестве «детей» формулы или другие узлы (ветки), будем называть директориями и графически обозначать пиктограммами в виде папок. В отличие от фиксированной стоимости тарифных зон, не существует каких-то жестких правил, которые бы регламентировали необходимость отнести определенный фрагмент шаблона набора номера к директории или к формуле. Другими словами, окончательное решение по построению дерева может оставаться за оператором, если, конечно, в системе не предусмотрено его автоматическое по-строение. Единственное явное ограничение  — это необходимость обеспечения выхода на конечную формулу, чтобы соотнести ее с конкретной тарифной зоной. Тарификационные деревья в зависимости от региона их использования (даже в одной и той же области) могут принципиально различаться. Например, имея идентичную структуру, крона одного из них может начинаться с дополнительного префикса.

Таким образом, у нас есть три сущности: тарифное дерево, тарифная директория и тарифная формула. Существует также достаточно условное понятие — ветка тарифного дерева (или просто ветка). Это фрагмент тарифного дерева, начинающийся с одной из его директорий и в частном случае (при начале с корневой директории) являющийся самим деревом. Ветка может быть использована для операций экспорта-импорта при создании новых деревьев или редактировании одинаковых фрагментов разных по структуре деревьев. Поэтому в целях применения универсальных алгоритмов обработки при создании методов необходимо ориентироваться именно на ветки. А теперь посмотрим на упрощенные вопросы, которые приходится решать при реализации программного комплекса, ориентированного на работу с тарифными деревьями:

  • Визуализация: форма ввода, визуальное представление тарифного дерева и т. д.
  • Обработка: преобразование форматов представления дерева, чтение, запись, экспорт, импорт.
  • Хранение: долговременное хранение тарифных деревьев с учетом оптимизации задач по чтению-записи деревьев (или их фрагментов — веток).

Объектная модель

Очевидно, что задача делится как минимум на две части — создание клиентского и серверного приложений. От идеи создания какого-либо сервера приложений можно отказаться, переложив основную нагрузку на клиентскую программу — редактор тарифных деревьев, выполняющий функции ввода новых данных, редактирования имеющихся, экспорта-импорта и работы с базой. И тут есть соблазн сразу броситься в проектирование визуальной части с использованием компонентов TTreeView, TDBTreeView или TTreeList. Да, это вполне возможно. Но у нас как раз тот случай, когда проектирование объектной модели способно сильно упростить жизнь, и уже после можно будет с полезным багажом окунуться в мир указателей и приведения типов.

Будем считать, что мы уже достаточно знаем о предметной области тарифных деревьев, и попробуем создать наброски самой объектной модели. Очевидно, что у директорий и формул существуют общие или сходные по назначению свойства, которые не ограничиваются свой-ствами наподобие Text или Caption, поэтому создадим для них общий родительский класс (листинг 1).

Реализации описываемых методов достаточно тривиальны и приводятся в полном исходном тексте тестового проекта. Основными тут являются следующие свойства класса:

Parent — идентификатор родительского узла;

ID — собственный идентификатор узла, уникальный для данного дерева;

Comment — строковый комментарий, произвольно задаваемый оператором;

Template — то, ради чего все это делается, — шаблон набора номера. Для директорий используется одна или несколько цифр, для формул — особый формат записи, указывающий на возможные диапазоны наборов.

С точки зрения клиентской программы, имеющей готовые механизмы визуализации деревьев, в описываемых классах будут (или могут) присутствовать явные «излишества»: уникальные идентификаторы, идентификаторы родительских директорий, строки со списком дочерних формул и директорий, а также самодостаточные коллекции для дочерних объектов.

Такая избыточность позволит достичь необходимой гибкости в представлении различных форм дерева или на этапах развития самого проекта, а также высокой скорости обработки данных при различных преобразованиях. Ведь по опыту известно, что предусмотреть все требования к проекту просто невозможно. На этом шаге важно как можно меньше привязывать функциональность к возможностям, предоставляемым визуальным компонентом, каким бы хорошим он ни был, ибо в противном случае по прошествии некоторого времени можно стать заложником собственной «гениальности».

Теперь рассмотрим наследника нашего основного класса — класс TXDirectory (листинг 2).

Основные свойства класса:

CallType — идентификатор типа звонка, который будет присвоен при записи в базу информации об абонентском соединении для всех формул, принадлежащих данной директории;

EnableStat — флаг, указывающий на необходимость включения части набранного номера, относящейся к данной директории, в отчет, т. е. в данные по транзакции. К примеру, если абонент наберет номер 8-495-236-35-… и т. д. и при этом на директории «495» данный флаг будет выставлен в «0», то набранный номер запишется в базу данных уже без «8-495» и будет начинаться с «236...». Хитрость эта была придумана, конечно, не от хорошей жизни, а ради спасения свободного пространства в памяти тарифицирующего устройства;

Pause — технологический параметр;

BranchName — очередное полезное «излишество», связанное с предположением, что каждая директория в перспективе может стать самостоятельной веткой (или даже целым деревом), у которой должно быть свое имя, но в общем случае это поле пустует;

MAX_ID — статическое свойство класса для получения текущего максимального значения идентификатора директории, в дальнейшем будет полезно при записи дерева в реляционную базу.

Основные методы и функции класса:

Class function NextGen_ID_NODE:Integer;static — генерация следующего максимального значения идентификатора для директорий;

Constructor Create (tf:TIniFile;SectionID:Integer;DS:TSQLQuery) — конструктор класса директории, обеспечивающий важную стратегическую задачу — создание директории для нескольких возможных случаев:
1) чтение данных о директории из текстового INI-файла;
2) чтение директории из записи выборки базы данных;
3) создание директории при отсутствии начальных данных (к примеру, при ее добавлении в редакторе тарифного дерева). Свойство SectionID при наличии INI-файла задает номер секции в файле с описанием данных о директории.

Описание класса для формулы имеет похожий вид
(листинг 3).

Основные свойства класса:

MAX_ID — статическое свойство класса для получения текущего максимального значения идентификатора формулы;

DialLength, Tariff1, Tariff2, TRCount, TR — технологические параметры.

Свойство Tariff1 используем для одной из основных задач — привязки к шаблону конкретного номера тарифной зоны, что позволит определять стоимость звонков абонентов в зависимости от набранного номера и длительности разговора, так как таблица тарифных зон — это обычный набор для перевода секунд (или минут) в рубли. Отдельной задачей будет сортировка всех формул имеющегося дерева по номерам привязанных к ним тарифных зон с группировкой по директориям. Что поделать, если именно в таком линейном виде дерево может быть пригодно для визуального контроля на соответствие требованиям по тарификации.

Основные методы и функции класса:

class function NextGen_ID_NODE:Integer;static — генерация следующего максимального значения идентификатора для директорий;

сonstructor Create (tf:TIniFile;SectionID:Integer;DS:TSQLQuery) — конструктор для получения новой формулы, аналогичный конструктору для директории.

Оба класса имеют функции AsXML исключительно для демонстрации простоты формирования узлов XML, а в итоге и представления всего дерева в формате XML.

Визуальная часть

Рис. 2. Тарифное дерево, построенное с помощью VCL .NET Визуализация дерева — это, возможно, самый сложный и захватывающий раздел нашей «древесной» темы. Дело в том, что выбор нужного компонента может сильно повлиять на остальные части кода. Часто именно так и случается. И тогда уже не помогает никакая программистская «диалектика» о первичности описываемых сущностей в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями. Автору так и не удалось найти бесплатный компонент типа TTreeList для VCL .NET (BDS 4.0). А ведь в бурном 21-м веке давно уже мало отображать на экране список объектов, требуется обязательно там же и тут же видеть их свойства. Сегодня в Интернете без особых усилий можно подобрать понравившийся компонент схожего типа и для MS Visual Studio, и для Delphi for win32, более того, многие из них совсем бесплатны. В последнем случае можно порекомендовать уже достаточно стабильный пакет компонентов LMD ElPack SE 4.05 (win32) для работы с древовидным списком. Когда к давно известному компоненту успела прилипнуть знаменитая марка LMD, наверное, не так важно, как сам факт его теперешней стабильной работы. Но, возвращаясь к нашим условиям, приходится заключить, что у разработчика будут два самых ближайших пути — это строить дерево на базе старого доброго TTreeView (см. рис. 2) или просто выбросить Delphi for .NET! (VCL). Справедливости ради стоит вспомнить про Delphi for Windows Forms Application (где существует возможность работы со всеми имеющимися в системе для WinForms визуальными объектами напрямую, без VCL), но на данный момент есть большие сомнения в перспективности этой среды разработки…

Хранение древовидных данных в базе

Пожалуй, один из самых развернутых русскоязычных ресурсов, посвященных этому вопросу, можно найти на сайте www.ibase.ru  (http://www.ibase.ru/develop.htm#prog ). Первоисточником для некоторых из имеющихся там статей является серия статей от Джо Селко (http://www.celko.com/). Пропуская все упомянутые там варианты сохранения деревьев, мы рассмотрим подробнее, пожалуй, наиболее распространенный и простой вариант, заметив прежде, что для хранения дерева в реляционной базе совсем не обязательно раскладывать по полочкам его узлы. Но сначала рассмотрим (листинг 4) структуру организации базы для хранения тарифного дерева в РСУБД FireBird (http://www.firebirdsql.org ).

Тем, кто привык работать с внешними ключами (FOREIGN KEY), рекомендуется конечно же их использовать. Но особой необходимости в этом нет: всю «грязную» работу (защита от получения входных данных, результатом которых может стать нарушение отношений, и, разумеется, каскадные изменения) будет делать клиентское приложение, да и дерево у нас всего одно, и оно постоянно полностью перезаписывается. Таким образом, роль РСУБД в данном случае незначительна, что иногда может быть даже полезным. Наибольшую пользу этот метод хранения данных может принести, когда требуется получить не все дерево, а только его часть — какую-то выбранную ветку. При этом чем больше в дереве папок и формул, тем полезнее окажется СУБД благодаря возможности индексации информации, что значительно облегчит извлечение отдельных веток дерева, редактирование дерева, находящегося в базе, и генерацию отчетов с сортировкой по параметрам папок и директорий.

При работе с маленьким деревом польза от индексации по вполне понятным причинам будет не видна.

Теперь несколько слов о выборе самой СУБД. Не вдаваясь в сравнительные исследования и стараясь всеми силами не отражать на этих страницах элементы «религиозных войн», просто приведу ряд свойств СУБД FireBird:

  • возможность хранения данных в одном файле и замены данных в формате этого же рабочего файла без промежуточных операций;
  • работа сервера под Windows, Linux, Solaris, FreeBSD, Mac OS;
  • полная бесплатность;
  • наличие встраиваемой версии, которая позволяет работать с файлом базы без инсталляции самой СУБД;
  • хорошие бесплатные оконные инструментарии для разработки и администрирования;
  • очень скромные требования к системным ресурсам (в сравнении с СУБД похожего уровня);
  • существование живых русскоязычных форумов по FireBird и большое количество учебных материалов на русском языке;
  • неофициальная совместимость с «родными» для Delphi компонентами для работы с InterBase;
  • наличие пакетов компонентов для Delphi и Lazarus, специально предназначенных для работы с FireBird;
  • поддержка .NET 1.1/2.0/MONO.

Однако, как уже упоминалось, совсем не обязательно хранить дерево в «открытом» табличном формате. Целиком его можно записать в одно-единственное поле формата BLOB, при этом, как и в других вариантах, не привязывая его к архитектуре визуального компонента. Ведь конечное представление тарифного дерева — это некий бинарный файл данных, поэтому ничто не мешает, к примеру, записать в BLOB или текстовое поле все дерево одной длинной HEX-строкой, формат которой уже приближен к требованиям конечного устройства. Самый явный недостаток подобного решения — такой вариант серьезно затруднит возможность получения из базы отдельных фрагментов дерева. Преимуществом записи дерева в одно поле будет достаточно естественный способ разграничения одного дерева от другого: каждая строка таблицы содержит очередное дерево.

Хранение дерева в INI-файле

Нет ничего проще, чем записать дерево в обычный INI-файл. Но при этом будет использован немного другой принцип связи объектов, чем тот, на котором мы остановились при сохранении в базе. Дело в том, что свойство PARENT (для формул и директорий) в рассматриваемом объекте нам не поможет. Точнее, это не лучший вариант для задания связей при сохранении в INI-файле. Разумнее всего будет в каждой секции, созданной для описания определенной директории, записывать поля SubDirs и Formulas, выкладывая в список через запятую идентификаторы дочерних директорий и формул, принадлежащих данной директории. (листинг 5).

Наверно, сложно найти более универсальный формат, чем этот, несмотря на то что в таком варианте каждая директория должна «отследить» перед записью в файл все свои дочерние объекты. Тем не менее INI-файл может быть успешно прочитан на любой программной платформе любыми современными программными средствами. При работе с визуальным компонентом это можно сделать во время выстраивания дерева, редактирования или в самый последний момент — при записи в INI-файл. Недостаток подобного формата хранения дерева нач-нет проявляться на больших размерах при построении, когда будет идти постоянное обращение к устройству хранения данных. Однако именно в таком виде удобнее всего хранить разные веточки и маленькие деревца (листинг 6).

Хранение древовидных данных в объектном виде

Теперь давайте попробуем в действии всю мощь Delphi for .NET, а заодно продемонстрируем возможность сохранения дерева в объектном виде. Для этого в класс директории тарифного дерева мы добавляем DIR_items и FRM_items — массивы с динамически увеличивающимся размером. В эти массивы мы соберем все дочерние директории для текущей рассматриваемой папки и соответственно все принадлежащие ей формулы. В конце нашего «собирания» (снятия текущей информации с визуального компонента TTreeView) мы получим целое дерево.

Достоинство массива этого типа состоит в том, что он является стандартным классом для .NET и принадлежит пространству имен System. Collections, которое надо указать в разделе uses. Поэтому при использовании такого класса у нас не должно возникнуть проблем при работе с базой, имеющей обычный интерфейс для программ под .NET (т. е. без поддержки специфичной для Delphi объект-ной модели). В качестве такой базы выберем достаточно компактную динамично развивающуюся объектную базу данных db4o. Это СУБД с открытыми исходными текстами, а обращаться к ней можно как из .NET, так и из Java. Разработчики утверждают, что неповторимый «родной» для объектов дизайн делает эту базу просто идеальным решением для встроенных систем и различных мобильных устройств (листинг 7).

Теперь, после считывания ветки дерева (или всего дерева, при указании начального узла), попробуем сохранить ее в базе данных (листинг 8).

Тут DB — это имя файла базы данных, а db_FILE — указатель несколько необычного для «дельфиста» типа, который и указывает на эту самую объектную базу (листинг 9).

Теперь рассмотрим методы, позволяющие прочитать из файла наше тарифное дерево, а точнее говоря, ветку
и «прицепить» ее к визуальному компоненту (листинг 10).

В этом фрагменте метод OBJECT2TreeView предназначен для отображения указанной на входе ветки в виде TreeObj на визуальный компонент TV с указанным для начала построения узлом TN.

Метод LoadObjectToTreeView аккумулирует все наши прежние объектные наработки по работе с базой db4o и выстраиванию визуального компонента.

Теперь для выстраивания дерева из известного файла базы можно будет выполнить:

 

На самом деле с базой формата db4o можно производить все общепринятые манипуляции, свободно ориентируясь в объектной модели. Подробнее об этом можно узнать на сайте разработчиков или начать со статьи на известном портале:

http://www.codeproject.com/useritems/OOP_with_db4o.asp

Более того, на сайте разработчиков выложена программа загадочного менеджера объектов, но ознакомиться с ним так и не удалось по причине явно некорректной работы сайта на базе ASP .NET и не вполне ясных правил авторизации.

Список использованной литературы

  1. Либерти Дж. Программирование на C#. Символ-Плюс, 2003.
  2. Рихтер Дж. CLR via C#. Программирование на платформе Microsoft .NET FRAMEWORK 2.0 на языке C#. Русская редакция, 2007.
  3. Дубцов А. Microsoft .NET в подлиннике. СПб. : БХВ-Петербург, 2004.
  4. Фаронов В. Искусство создания компонентов на базе Delphi. СПб. : Питер, 2005.
  5. Борри Х. FireBird. Руководство разработчика. СПб.:БХВ-Петербург, 2006.
Купить номер с этой статьей в PDF
2865