FreeCAD源码初步了解

FreeCAD简介

FreeCAD是基于OpenCASCADE的开源CAD/CAE软件，完全开源（GPL的LGPL许可证），官方源码地址，详情可参考维基百科，百度百科等等。

如果要编译FreeCAD，最好采用官方提供的LibPack，否则第三方库难以找全。FreeCAD LibPack官方看起来使用VS2008以及VS2013，这二个版本最常用。github上可以下载，但以前的sourceforge地址还可以找到vs2010以及vs2012的，可能没有那么齐全或者新。

## 准备开始 我以前的编译删除了，当初专门安装了VS2013，不过也没怎么好好看，而现在已经卸载了；考虑到只有VS2012 x64版的FreeCAD LibPack，不想大动干戈安装VS2013，所以还是使用VS2012 x64版编译。不知道官方什么时候能够出个 VS2015/VS2017 的LibPack，事实上只需要VS2015就够了，因为vs2015/vs2017在二进制上可以兼容。

解压FreeCAD-0.16.6712.zip至文件夹，再解压FreeCADLibs_11.0_x64_VC11.7z至同级目录，以前者为cmake的source目录，后者为cmake的binary目录。

FreeCADLibs_11.0_x64_VC11.7z 缺少boost 1.55版的boost python库，此为必要库，无法忽略，下载boost 1.55版的x64预编译包，拷贝出其中boost python的lib与dll文件分别放至解压目录之下的lib/dll目录。没有这一步操作，cmake会在src/Mod/Path/libarea里的CMakeLists.txt查找boost_python失败。

在FreeCAD-0.16.6712源码里，打开文件夹下的CMakeLists.txt，修改第125行处的 set(FREECAD_LIBPACK_DIR \({CMAKE_SOURCE_DIR} CACHE PATH "Directory of the FreeCAD LibPack")，其中的\){CMAKE_SOURCE_DIR}替换成为${CMAKE_BINARY_DIR}，调用CMake构建工程，默认不做别的修改，生成vs2012 x64的项目工程文件。

编译时，在 src/App/Document.cpp 内会在 tie(edge, inserted) 处由于 tie 的调用不明确导致失败，可以明确在添加调用 boost::tie(edge, inserted)，该文件内总计有二个位置需要修改。

为什么不使用最新的源码以及LibPack，因为官方不提供vs2015,vs2017版本的，完全自己补充所有第三方库，会有很大的工作量。

第三方库粗略记录

FreeCADLibs_10.0_x64_VC11.7z 里在include目录是按第三方库名称各自放置的，比较明晰，但是发现后面版本的FreeCAD LibPack都不再是这样的了。

没列举齐全的第三方库表格如下：

Lib Name	version in LibPack_11.0_x64_VC11	Link to get it
Python	Python 2.7.8	http://www.python.org/
PySide	1.2.2	http://wiki.qt.io/PySide
shiboken	1.2.2	http://shiboken.readthedocs.io/en/latest/
Qt	Qt 4	https://www.qt.io/
Boost	1.55.0	http://www.boost.org/
Coin3D	4.0	https://bitbucket.org/Coin3D/coin/wiki/Home
SoQt	1.2	https://bitbucket.org/Coin3D/soqt
OpenCASCADE	oce-16(对应6.7.1)	http://www.opencascade.com

在以上第三方库中，PySide是Python与Qt的融合，可以使用Python语言构建Gui。建议是在Python2.7系列中使用，支持部分Python3，与PySide有相同功能的PyQt相对成熟一些，但商用需要付费，估计这是FreeCAD采用PySide的原因，PySide是Qt官方出的，完成了对Qt4.8版本的完整实现，支持Qt5的PySide2也可以在github中找到。shiboken作何用途，我还没弄得很明白。

FreeCAD对Python是重度依赖，不能缺失。如果自己来搞第三方库，就必须先搞定Python，PySide，Boost，shiboken，所以使用官方提供的LibPack是可以节省不少麻烦的。

## 工程项目的构成 认为在FreeCAD_trunk之下的项目可以分为三类：基础工程项目框架(仅包括FreeCAD打头的7个工程)；模块项目(比如Start/StartGui、Part/PartGui等，位于src/Mod文件夹之下)；辅助依赖类(比如area等)。此分类或有遗漏，不过最重要的应该是前面二个分类的工程项目。

基础框架工程项目

工程项目	产生文件	备注
FreeCADMain	FreeCAD.exe	FreeCAD主执行启动文件，main()函数所在地
FreeCADMainPy	FreeCAD.pyd	兼容Python的扩展dll，导出initFreeCAD()
FreeCADMainCmd	FreeCADCmd.exe	App::Application::Config()["RunMode"]有三种模式，Gui、Exit、Console，这里对应的是Exit模式，执行(argc, argv)之后自动退出
FreeCADGui	FreeCADGui.dll	命名空间Gui，Command，Workbench，View3dInventor(视图)，Gui层的Document
FreeCADGuiPy	FreeCADGui.pyd	兼容Python的扩展dll
FreeCADBase	FreeCADBase.dll	代码基础与上层，命名空间Base，Type类型体系，InterpreterSingleton脚本解释器
FreeCADApp	FreeCADApp.dll	表征exe执行所在的应用，命名空间App，App::GetApplication()可以获取唯一的那个pcSingleton指针，App层Document

以上这些就建构了FreeCAD运行的基础框架，它们实际上仅使用了Python, Boost, PySide, shiboken, xerces-c, zlib, coin3d等这些，其余的Mod都是模块扩展，依赖诸如OCE，PCL，Eigen3，libqhull等等，每个Mod工程项目分为带Gui的及不带Gui的版本。带Gui的项目定义了可用的Command，Workbench(工作台)，显示等这些。

当前FreeCAD所持有的模块

• Start, StartGui
• Part, PartGui
• Points, PointsGui
• Sketcher, SketcherGui
• PartDesign, PartDesignGui
• ......

## FreeCAD启动流程

启动模式

FreeCAD 有三种启动方式，Gui模式，Exit控制台，Python脚本模式；分别对应的起始工程项目是 FreeCADMain, FreeCADMainCmd, FreeCADMainPy。

FreeCAD对Python的扩展

在 FreeCADApp 项目内的 App::Application 的构造函数里，可以看到 PyObject* pAppModule = Py_InitModule3("FreeCAD", Application::Methods, FreeCAD_doc); 语句，这应该是定义一个Python的扩展模块，名称为FreeCAD，扩展的成员函数在静态成员数据Mehods数组内。

在 FreeCADGui 项目内的 Gui::Application 的构造函数里，可以看到 PyObject* module = Py_InitModule3("FreeCADGui", Application::Methods, "The functions in the FreeCADGui module ....."); 语句，定义一个名称为 FreeCADGui 的Python扩展模块。

而在 FreeCADBase 项目内有 Base::Interpreter() 函数返回 InterpreterSingleton::Instance() ; 它的init(int argc, char* argv[])成员函数，在初始化Python，嵌入解释器。

在 FreeCADInit.py脚本里，会简化设定 App = FreeCAD, Gui = FreeCADGui。

本质上FreeCAD是运行在Python解释器上的，也就是说它是通过扩展Python，然后所有的命令(Command类，仅在Gui模式下会有)都是通过执行Python的语句来实现的。所以FreeCAD可以没有Gui界面执行，但是不能没有python，本身内部嵌入了python的解释器。

例举一个Box的创建命令是这样的：

C++
void CmdPartBox::activated(int iMsg)
{
    QString cmd;
    cmd = qApp->translate("CmdPartBox","Cube");
    openCommand((const char*)cmd.toUtf8());

    doCommand(Doc,"App.ActiveDocument.addObject(\"Part::Box\",\"Box\")");
    cmd = QString::fromLatin1("App.ActiveDocument.ActiveObject.Label = \"%1\"")
        .arg(qApp->translate("CmdPartBox","Cube"));
    doCommand(Doc,(const char*)cmd.toUtf8());
    commitCommand();
    updateActive();
    doCommand(Gui, "Gui.SendMsgToActiveView(\"ViewFit\")");
}

里边这些都是发送给解释器的Python语句，执行后会在界面上的Python Console窗口播报Python执行语句，这样录制宏就简单极了，此外也可以全部采用Python来建模或者写个功能实现，比如就有个SheetMetal就完全是用Python来实现。

启动代码

需要注意的是 FreeCADApp 内有 App::Application, FreeCADGui 内有 Gui::Application。

启动流程就是 App::Application::init(argc, argv); 如果是 Exit模式，则执行 App::Application::runApplication() 估计是处理了一下命令参数完毕之后就退出了。而如果是 Gui模式，则还要 Gui::Application::initApplication，再有 Gui::Application::runApplication。

与Qt的经典启动模式相比，这些代码都位于 Gui::Application::runApplication 内。GUISingleApplication mainApp; 对应 QApplication；而 Gui::MainWindow mv; 对应 QMainWindow。

因为可以没有Gui界面启动，所以文档也分为 App::Document, Gui::Document，具体的内容存储全在 App::Document 内。

Mod下的模块启动

• 在 App::Application::initApplication() 里会执行名为 FreeCADInit.py 的脚本；该脚本会遍历 Mod 下所有目录，执行 Init.py
• 在 Gui::Application::runApplication() 里会执行名为 FreeCADGuiInit.py 的脚本；此脚本会遍历 Mod 下所有目录，执行 InitGui.py

界面与命令描述

在 Gui 内有个 CommandManager，所有的命令Command都往这里边加。Command命令的目标是产生NewObject加入Document，特征附有属性，然后recompute()执行计算，这样就可以重生成，响应修改属性的结果。

它的QAction的变灰动作是通过在 MainWindow 里定义一个计时器，调用 updateActions() 函数，遍历每一个Command，调用testActivate(); 以设定QAction是否可用。

Workbench 设计得不错，成员函数 activate() 会做setupToolBars(), setupDockWindows(), setupMenuBar()等设定菜单，工具栏，停靠窗口 (注意：此函数非虚函数，不能被重载)。觉得不好的地方是定义得太细了，得经常切换Workbench或者使用Complete Workbench来得到所有的可用命令。

## 使用感觉 觉得不习惯的地方，FreeCAD有点反操作，比如倒圆角，你必须首先选择了一条边缘，然后才能去倒圆角。(指的是PartDesign下面的Fillet(只接受一条边缘)，Part下边也有Fillet(估计可以多选))。