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.

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.

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

.

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.

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_.

В данном разделе описываются возможности, которые имеет программист для вывода текста и произвольных графических изображений. Особенностью X является то, что рисовать можно не только в окне, но и в специально подготовленной области памяти. Данная область называется картой пикселей и идентифицируется целым числом, имеющим тип TPixmap. Карта толщиной в один бит имеет специальное название -

битовая

.

Прежде чем начать работу с графикой, программа должна выделить себе специальную структуру данных и получить указатель на нее. Эта структура называется

графическим контекстом

(Graphic Context (GC)). Указатель на GC используется в качестве одного из параметров при вызове "рисующих" функций X. Графический контекст содержит ряд атрибутов, влияющих на отображение объектов: текста, линий, фигур и др. Выделенный GC должен быть освобожден до завершения работы программы.

Графический контекст создается процедурой XCreateGC(), имеющей следующий прототип:

function XCreateGC(prDisplay: PDisplay; nDrawable: TDrawable; nValueMask: cardinal; prValues: PXGCValues): TGC; cdecl ; external ;

Первый аргумент - это указатель на структуру типа TDisplay, который программа получает после вызова XOpenDisplay(); второй - идентификатор окна (или карты пикселей), в котором программа будет рисовать; третий - битовая маска, определяющая, какие атрибуты GC задаются; последний аргумент - структура типа TXGCValues, определяемая следующим образом:

TXGCValues = record

В предыдущем разделе мы говорили, что GC имеет ряд атрибутов, воздействующих на вывод изображений. Для текста это цвет и шрифт, для линий - цвет и толщина и т.д. Как уже упоминалось выше, атрибуты контекста задаются в момент его создания. Потом они могут меняться с помощью функции XChangeGC(). Кроме того, X поддерживает специальные функции для изменения параметров GC.

Ниже перечисляются основные характеристики графического контекста и процедуры, меняющие их.

Режим рисования

(поле Xfunction в структуре TXGCValues) указывает, каким образом комбинируются при рисовании цвет графики и цвет изображения, на которое накладывается графика. Данное поле задает некоторую логическую функцию. Возможные значения:

По умолчанию Xfunction равно GXcopy. Устанавливается режим рисования с помощью процедуры XSetFunction().

Текст был и, видимо, будет важным средством информационного обмена между программами и пользователем. X Window позволяет выводить строки в любой части окна, используя большое количество шрифтов.

Для вывода текста используются процедуры XDrawString(), XDrawImageString() и XDrawText(). Каждая из них имеет две версии. Первая используется для шрифтов, имеющих не более 256 символов. Если же символов больше ("большие" шрифты), то применяется вторая версия. Функции, работающие с "большими" шрифтами, имеют имена XDrawString16(), XDrawImageString16() и XDrawText16(). Параметры процедур, выводящих текст, задают дисплей, окно, графический контекст, строку, ее положение и т.д. Рисование идет в соответствии с областью отсечения контекста. Буквы или их части, находящиеся за пределами области отсечения, не изображаются. Наиболее часто употребляется процедура XDrawString() (XDrawString16()). Ее параметры дают строку, ее длину и положение в окне. Текст рисуется цветом переднего плана, выбранного в GC.

Функция XDrawImageString() (XDrawImageString16()) похожа на предыдущую процедуру с той лишь разницей, что фон символов при рисовании закрашивается цветом фона, установленного в GC. XDrawString() и XDrawImageString() выводят символы, используя шрифт, установленный в GC.

XDrawText() (XDrawText16()) позволяет рисовать несколько строк сразу, используя при этом разные шрифты. Каждая рисуемая единица задается структурой TXTextItem.

Процедура XDrawText16() использует структуру TXDrawText16.

Во времена не столь отдаленные экранные контроллеры могли поддерживать одновременно ограниченное количество цветов (вначале 16, позже 256). В связи с этим приложение не могло просто запросить рисование ярко-красным цветом, и ожидать, что этот цвет будет доступным. Каждое приложение распределяло цвета, которые ему были нужны, и когда все 16 или 256 цветовых элементов использовались, следующее распределение цвета заканчивалось неудачей.

В связи с этим появилось понятие "цветовой карты" -

палитры

. Палитра является таблицей того же размера, что и количество одновременно отображаемых данным экранным контроллером цветов. Каждый элемент палитры содержит RGB (Красные, Зеленые и Синие) величины различных цветов (все цвета могут быть нарисованы, используя некоторую комбинацию красного, зеленого и синего).

Для того, чтобы сделать использование цветов близким к тому, которое предполагал программист, были введены функции выделения палитры. Вы можете попросить, выделить вас элемент палитры для цвета, заданного набором RGB-значений. Если он уже существовал, вы получите индекс в таблице. Если цвет не существовал, и таблица не заполнена, должна быть выделена новая ячейка палитры, содержащая данные значения RGB, и возвращен ее индекс. Если таблица была заполнена, процедура должна была закончиться неудачей. Вы могли затем запросить получение элемента палитры с цветом, ближайшим к требуемому. Это означает, что фактически рисование на экране будет произведено с использованием цвета, близкого к желаемому, но не того же самого.

На сегодняшних современных экранах, где работают сервера X с поддержкой миллионов цветов, эти ограничения кажутся устаревшими, но помните, что есть и старые компьютеры со старыми графическими картами внутри, равно как и 256-цветные Х-терминалы. С использованием палитры, поддержка этих экранов становится прозрачной. На дисплее, поддерживающем миллионы цветов, любой запрос распределения цветового элемента будет удовлетворен. На дисплее, поддерживающем ограниченное количество цветов, некоторые цветовые запросы распределения должно возвращать подобные цвета. Они не выглядит столь хорошо, как требуемые, но ваше приложение все еще будет работать.

При рисовании с использованием Xlib можно выбрать стандартную палитру экрана, на котором отображается ваше окно, или создать новую палитру и применить ее для окна. В последнем случае, всякий раз, когда мышь "наезжает" на ваше окно, экранная палитра заменится палитрой вашего окна, и вы увидите, что все другие окна на экране изменят свои цвета на нечто весьма экзотическое.

Как и большинство интерактивных программ, задачи, выполняющиеся в X Window, активно используют для ввода информации клавиатуру компьютера. Когда пользователь нажимает или отпускает клавишу, сервер получает соответствующий сигнал, который преобразуется в событие и отправляется в очередь программы, имеющей фокус ввода (input focus).

Поясним, что такое фокус ввода. Дело в том, что клавиатура у машины одна, и она разделяется всеми выполняющимися одновременно программами. Но в каждый момент времени поступающий от устройства сигнал доступен лишь одной из них, как правило, той, которой принадлежит активное окно. В этом случае говорят, что программа и ее окно имеют фокус ввода. Последний может переходить от окна к окну и от программы к программе.

Когда окно получает фокус, соответствующей программе посылается событие FocusIn, при потере - приходит событие FocusOut.

Когда пользователь нажимает клавишу клавиатуры, программа получает событие KeyPress. Сервер также может послать событие KeyRelease, когда клавиша отпускается, но это справедливо не для всех типов компьютеров.

Оба этих события сопровождаются структурой типа TXKeyEvent. Ее поле keycode содержит код нажатой клавиши, а поле state - состояние клавиш-модификаторов и кнопок мыши. Модификаторами называются такие клавиши, как Shift, Ctrl, Caps Lock. Кроме этого, X предусматривает наличие дополнительных модификаторов, которые обозначаются Mod1,…, Mod5. Каждой нажатой клавише-модификатору и кнопке мыши соответствует флаг в поле state.

С точки зрения программы общение с мышью похоже на работу с клавиатурой. X получает сигналы от устройства, преобразует их в события и помещает последние в очередь программы. Однако есть и существенная разница. Если события от клавиатуры передаются лишь программе, окно которой имеет фокус ввода, то события от мыши могут передаваться, в принципе, любой задаче, окно (окна) которой присутствуют на экране.

Чаще всего приходится обрабатывать события нажатия (отпускания) кнопки мыши. Для регистрации такого типа событий, необходимо добавить одну из следующих масок с помощью функции XSelectInput():

• ButtonPressMask - уведомлять о нажатии любой кнопки в одном из окон программы.

• ButtonReleaseMask - уведомлять об отпускании любой кнопки в одном из окон программы.

В цикле обработки сообщений могут проверяться такие события:

1. Используя функции XKeysymToString() и XKeycodeToKeysym(), напишите программу, которая реагирует на нажатие клавиш в окне выдачей в него кода символа, состояния модификаторов и символьной расшифровки нажатой клавиши.

2. Напишите программу, определяющую координаты мыши в момент нажатия кнопки и печатающую в позицию мышиного курсора координаты мыши и номер нажатой кнопки.

Многие программы имеют различные заранее подготавливаемые данные, которые в терминах X называются - ресурсами. Это могут быть цвета окон приложения, строки сообщений пользователю и т.д.

Как правило, программисты создают ресурсы каждый по-своему. В X Window сделана попытка унифицировать этот процесс.

В X файл ресурсов есть обычный текстовый файл, каждая строка которого задает тот или иной параметр (ресурс) программы. (При этом предполагается, что программу "населяют" именованные объекты, связанные в некоторую иерархию). Общий вид строки следующий:

‹имя программы›.‹подобъект1›.‹подобъект2›. . .‹подобъектN›.‹имя ресурса›: ‹значение ресурса›

Подобная строка задает значение ресурса для подобъектов иерархии объектов программы. Например, запись

myprog.dialogwnd.background: Red

говорит, что в программе myprog у объекта с именем dialogwnd параметр background (цвет фона) имеет значение Red (красный цвет).

Пусть ресурсный файл подготовлен. Как получить доступ к его данным во время работы программы? Для этого X предоставляет набор процедур, которые совокупно называются

менеджер ресурсов

(Resource Manager), и специальную программу xrdb, которая позволяет считать любой ресурсный файл и включить его в общую таблицу ресурсов сервера. Последняя называется базой данных ресурсов сервера, и представляет собой область памяти, ассоциированную со свойством (property) XA_RESOURCE_MANAGER корневого окна экрана дисплея.

Наиболее простой является процедура XGetDefault(). Она получает имя программы, имя ресурса и определяет значение последнего. При этом она последовательно совершает следующие шаги:

• сначала ресурс ищется в базе данных сервера (в свойстве XA_RESOURCE_MANAGER);

• если он не найден, то значение ресурса определяется по файлу ".Xdefaults", который ищется в домашней (home) директории пользователя;

• если задана переменная среды XENVIRONMENT, то ресурс ищется в файле, на который указывает эта переменная.

1. Составьте программу, считывающую из файла ресурсов маску шрифта, строку, координаты х, у и отображающую окно с текстом согласно полученной информации.