Программирование в X Window средствами Free Pascal

Программирование в X Window средствами Free Pascal

А. П. Полищук, С. А. Семериков

Введение

Операционная система UNIX существует очень давно. Созданная более двадцати лет назад, она прошла в своем развитии несколько стадий, и в настоящее время представляет, пожалуй, наиболее развитую, но вместе с тем простую и элегантную (если не сказать больше) операционную систему. В UNIX есть все: параллельное выполнение многих программ, одновременная работа нескольких пользователей, виртуальная память, поддержка большого количества внешних устройств и сетей, развитые средства обработки текстов, мощные инструментальные средства для создания программного обеспечения. Система работает во всем мире на миллионах компьютеров разных типов.

В нашей стране UNIX был не очень распространен, и тому были свои причины. Во-первых, это существовавшая направленность на использование небольшого количества типов ЭВМ. В основном это были ЕС и СМ, на которых функционировали специально, под конкретную архитектуру разработанные, ОС, такие как ОС ЕС (IВМ 360/370), ОС РВ (RSХ-11) и РАФОС (RТ-11). Во-вторых, созданные у нас во второй половине 80-х версии UNIX (МОС для ЕС, ИНМОС и ДЕМОС для СМ) несколько запоздали. Аппаратура, на которой предполагалась их эксплуатация, морально устарела и в настоящее время практически не используется. В-третьих, до недавнего времени свободно распространяемые версии UNIX (в первую очередь Linux) не имели удобного графического интерфейса, столь привычного пользователям операционных систем семейства Windows.

Графические интерфейсы UNIX имеют давнюю историю. Первые программные разработки в этом направлении появились более 20 лет назад. Стандартом стала распределенная система X Window, которая позволяет рисовать на экране дисплея графические изображения, поддерживает концепцию окон и унифицирует работу с различными устройствами ввода-вывода на основе библиотеки Xlib. Для того чтобы облегчить программирование с применением Xlib (X11) и упростить создание пользовательских интерфейсов, существует несколько пакетов, из которых наиболее широко распространены X Toolkit Intrinsics (Xt), Athena (Xaw) и Motif (Xm). В последние годы появились два новых пакета: GTK+ и Qt, лежащих в основе популярных среди пользователей Linux графических интерфейсов GNOME и KDE.

Именно о программировании пользовательского интерфейса UNIX в системе X Window и будет идти речь в данной книге.

1. Основы программирования в системе X Window

X Window или просто X - это система для создания графического пользовательского интерфейса на компьютерах, работающих под управлением операционной системы UNIX. X была создана в Массачусетском Технологическом Институте (США). В настоящее время уже выпущена версия 11.6 (X Window System Version 11 Release 6 или X11R6).

Особенностью системы является то, что она поддерживает работу как на отдельной ЭВМ, так и в сети. Это означает, что программа, "живущая" на одном компьютере, может с помощью X Window общаться с пользователем, сидящим за другой машиной. Система обеспечивает вывод графической информации на экран машины, воспринимает сигналы от внешних устройств, таких как клавиатура и мышь, и передает их программам. Заметим, что устройство вывода может иметь несколько экранов. X обеспечивает рисование на любом из них. Все это: экран (или экраны), а также устройства ввода (клавиатура или мышь) называются в терминах X Window дисплей.

X позволяет пользователю общаться со многими программами одновременно. Чтобы вывод из них не смешивался, система создает на экране дисплея "виртуальные" подэкраны - окна. Каждое приложение, как правило, рисует лишь в своем окне или окнах. X предоставляет набор средств для создания окон, их перемещения по экрану и изменения их размеров.

Как правило, программы имеют набор конфигурационных параметров - ресурсов. Это может быть цвет окна, тип шрифта, которым рисуется текст, и многое другое. Система стандартизует способ задания ресурсов приложений и содержит ряд процедур для работы с ними. Эта совокупность функций называется менеджером ресурсов (X recource manager или сокращенно Xrm). "Хранилище" параметров программы называется базой данных ресурсов.

Особенностью X Window является то, что она организует общение между самими программами и между программами и внешней средой путем рассылки событий. Событие - это единица информации, идентифицирующая происходящие в системе изменения или действия, и содержащая дополнительные сведения о них.

1.1 Основные понятия

1.1.1 Общее устройство X Window

Система X Window представляет совокупность программ и библиотек. Сердцем ее является отдельный UNIX-процесс, существующий на компьютере, к которому присоединен дисплей. Именно сервер знает особенности конкретной аппаратуры, знает, что надо предпринять, чтобы закрасить пиксель на экране, нарисовать линию или другой графический объект. Он также умеет воспринимать сигналы, приходящие от клавиатуры и мыши.

Сервер общается с программами-клиентами, посылая или принимая от них порции (пакеты) данных. Если сервер и клиент работают на разных машинах, то данные посылаются по сети, если же компьютер один, то для передачи данных используется внутренний канал. Например, если сервер обнаруживает, что нажата кнопка мыши, то он подготавливает соответствующий пакет и посылает его тому клиенту, в чьем окне находится курсор мыши. И наоборот, если программе надо что-либо вывести на экран дисплея, то она создает необходимый пакет данных и посылает его серверу.

Состав пакетов и их последовательность определяются специальным протоколом. Но чтобы программировать для X, совсем не обязательно знать детали реализации сервера и протокола обмена. Система предоставляет библиотеку процедур, с помощью которых программы осуществляют доступ к услугам X на высоком уровне. Так для того, чтобы вывести на экран точку, достаточно вызвать процедуру XDrawPoint(), передав ей соответствующие параметры. Последняя выполняет всю черновую работу по подготовке и передачи пакетов данных серверу. Упомянутая библиотека называется Xlib. Она помещается в файле lX11.a (libX11.so), который, как правило, находится в каталоге /usr/X11R6/lib. Прототипы функций библиотеки, используемые ею структуры данных, типы и прочее определяется в файлах-заголовках из директории /usr/include/X11.

На рис. 1.1 представлена схема общения клиентов и сервера.

Рис. 1.1. Общая схема общения программ-клиентов и X-сервера

Посылка порций данных, особенно если она осуществляется через сеть, операция достаточно медленная. Чтобы повысить производительность системы, Xlib не отправляет пакеты сразу, а буферизует их в памяти машины, на которой выполняется программа-клиент. Собственно передача выполняется в тот момент, когда клиент вызывает процедуру, ожидающую получения событий от сервера, например XNextEvent(). Программа может явно инициировать отправку пакетов, обратившись к функциям XFlush() или XSync().

1.1.2 X-окно

Как уже упоминалось ранее, окно - это базовое понятие в X. Оно представляет прямоугольную область на экране, предоставляемую системой программе-клиенту. Последняя использует окно для вывода графической информации. На рис. 1.2 показан общий вид окна в X Window.

Рис. 1.2. Общий вид окна X Window

Из рисунка видно, что окно имеет внутренность и край. Основными атрибутами окна являются ширина и высота внутренности, а также ширина края. Далее мы будем говорить ширина и высота, а слово "внутренность" станем опускать. Упомянутые параметры окна называются его геометрией.

С каждым окном связывается система координат. Ее начало находится в левом верхнем углу окна. Ось x направлена вправо, а ось y - вниз. Единица измерения по обеим осям - пиксель.

Окна могут быть двух типов: InputOutput (для ввода-вывода) и InputOnly (только для ввода). Окно первого типа - это обычное окно. Окно второго типа не может использоваться для рисования. У данного окна нет края, оно "прозрачно". Заметим, что окна этого типа используются достаточно редко.

X Window позволяет программе создавать несколько окон одновременно. Они связаны в иерархию, в которой одни являются родителями, а другие потомками. Сам сервер на каждом экране создает одно основное окно, которое является самым верхним родителем всех остальных окон. Это окно мы будем называть главным или корневым.

Корневое окно всегда занимает весь экран. Это окно не может уничтожаться, меняться размеры или сворачиваться. Когда приложение создает окна, сначала должно быть создано по крайней мере одно окно верхнего уровня. Это окно становится прямым потомком корневого окна до тех пор, пока не отобразится. Прежде, чем это окно отобразится, оконный менеджер извещается об операции размещения окна. Оконный менеджер имеет привилегию "удочерить" новое окно верхнего уровня. Это используется для добавления окна, которое будет содержать новое окно и использоваться, чтобы нарисовать рамку, заголовок окна, системное меню и т.п.

Если такое окно верхнего уровня (который в действительности не окно верхнего уровня после того, как "удочерение" произошло) создано, приложение может создать в этом окне дочернее. Потомок может отображаться только в своем родительском окне - при перемещении его окно "обрезается" границей родительского. Любое окно может содержать более чем одно дочернее окно, и в этом случае эти окна упорядочиваются во внутренний стек. Когда окно верхнего уровня "поднимается", все его окна-потомки "поднимаются" вместе с ним, с сохранением их внутреннего упорядочения. Если окно потомка "поднято", оно поднимается только относительно своих собратьев.

1.1.3 Управление окнами

Окна могут располагаться на экране произвольным образом, перекрывая друг друга. X имеет набор средств, пользуясь которыми программа-клиент может изменять размеры окон и их положение на экране. Особенностью системы является то, что она не имеет встроенной возможности управлять окнами с помощью клавиатуры или мыши. Чтобы это можно было осуществить, нужен специальный клиент, который называется менеджер окон (Window manager). Стандартный дистрибутив X содержит такую программу - twm. Возможности этого менеджера ограничены, но, тем не менее, он позволяет осуществлять базовые действия: передвигать окна с помощью мыши, изменять их размер и т.д. Более развитым оконным менеджером является, по всей видимости, программа mwm (Motif Window Manager), которая поставляется в рамках системы OpenMotif.

Но менеджер не может корректно управлять окнами, ничего о них не зная. В одних случаях удобно иметь заголовки окон, в других случаях окно не может быть сделано меньше определенных размеров, а в некоторых окно не может быть слишком увеличено. Окно может быть минимизировано (превращено в пиктограмму), в этом случае менеджер должен знать имя и вид пиктограммы. Для того, чтобы сообщить менеджеру свои пожелания относительно окон, клиенты могут использовать два способа. Во-первых, при создании окна X могут быть переданы рекомендации (hints) о начальном положении окна, его ширине и высоте, минимальных и максимальных размерах и т.д. Во-вторых, можно использовать встроенный в X способ общения между программами - механизм свойств.

1.1.4 Графические возможности X Window

Система X Window предназначена для работы на растровых дисплеях. В подобного рода устройствах изображение представляется матрицей светящихся точек - пикселей. Каждый пиксель кодируется определенным числом бит (как правило 2, 4, 8, 16 или 24). Число бит-на-пиксель называют "толщиной" или глубиной дисплея. Биты с одинаковыми номерами во всех пикселях образуют как бы плоскость, параллельную экрану. Ее называют цветовой плоскостью. X позволяет рисовать в любой цветовой плоскости (или плоскостях), не затрагивая остальные.

Значение пикселя не задает непосредственно цвет точки на экране. Последний определяется с помощью специального массива данных, называемого палитрой. Цвет есть содержимое ячейки палитры, номер которой равен значению пикселя.

X имеет большой набор процедур, позволяющих рисовать графические примитивы - точки, линии, дуги, выводить текст и работать с областями произвольной формы.

1.1.5 Свойства и атомы

В X Window встроены средства для обеспечения обмена информацией между программами-клиентами. Для этого используется механизм свойств (properties). Свойство - это порция данных, связанная с некоторым объектом (например, окном), и которая доступна всем клиентам X.

Каждое свойство имеет имя и уникальный идентификатор - атом. Обычно имена свойств записываются большими буквами, например: MY_SPECIAL_PROPERTY. Атомы используются для доступа к содержимому свойств с тем, чтобы уменьшить количество информации, пересылаемой по сети между клиентами и X сервером.

В X предусмотрен набор процедур, позволяющих перевести имя свойства в уникальный атом, и, наоборот, по атому получить необходимые данные.

Некоторые свойства и соответствующие им атомы являются предопределенными и создаются в момент инициализации сервера. Этим атомам соответствуют символические константы, определенные в файлах-заголовках библиотеки Xlib. Эти константы начинаются с префикса XA_.

1.1.6 Первый пример

Продолжая традиции многих изданий, посвященных программированию, начнем с программы, рисующей на экране строку "Hello, world!". В этом примере приведены основные шаги, необходимые для работы в X Window.

uses x,xlib,x11,xutil,strings;

const

 WND_X=0;

 WND_Y=0;

 WND_WDT=100;

 WND_HGH=100;

 WND_MIN_WDT=50;

 WND_MIN_HGH=50;

 WND_BORDER_WDT=5;

 WND_TITLE='Hello!';

 WND_ICON_TITLE='Hello!';

 PRG_CLASS='Hello!';

(* SetWindowManagerHints - процедура передает информацию о свойствах программы менеджеру окон. *)

procedure SetWindowManagerHints(

 prDisplay: PDisplay; (*Указатель на структуру TDisplay *)

 psPrgClass: PChar; (*Класс программы *)

 argv: PPChar; (*Аргументы программы *)

 argc: integer; (*Число аргументов *)

 nWnd: TWindow; (*Идентификатор окна *)

  x, (*Координаты левого верхнего *)

  y, (*угла окна *)

  nWidth,

  nHeight, (*Ширина и высота окна *)

  nMinWidth,

  nMinHeight:integer; (*Минимальные ширина и высота окна *)

 psTitle: PChar; (*Заголовок окна *)

 psIconTitle: PChar; (*Заголовок пиктограммы окна *)

 nIconPixmap: TPixmap (*Рисунок пиктограммы *)

);

var

 rSizeHints: TXSizeHints; (*Рекомендации о размерах окна*)

 rWMHints: TXWMHints;

 rClassHint: TXClassHint;

 prWindowName, prIconName: TXTextProperty;

begin

if (XStringListToTextProperty(@psTitle, 1, @prWindowName)=0) or

    (XStringListToTextProperty(@psIconTitle, 1, @prIconName)=0) then

 begin

  writeln('No memory!');

  halt(1);

end;

 rSizeHints.flags:= PPosition OR PSize OR PMinSize;

 rSizeHints.min_width:= nMinWidth;

 rSizeHints.min_height:= nMinHeight;

 rWMHints.flags:= StateHint OR IconPixmapHint OR InputHint;

 rWMHints.initial_state:= NormalState;

 rWMHints.input:= True;