Основы программирования в Linux

В этой главе обсуждаются следующие темы:

применение библиотеки curses:

основные идеи curses;

управление базовыми вводом и выводом;

использование множественных окон;

применение режима дополнительной клавиатуры (keypad mode);

добавление цвета.

Мы закончим главу переработкой на языке С программы, управляющей коллекцией компакт-дисков, подытожив все, чему вы научились к этому моменту.

Компиляция с библиотекой curses

Библиотека curses получила свое название благодаря способности оптимизировать перемещение курсора и минимизировать необходимые обновления экрана, а следовательно, уменьшить количество символов, нуждающихся в пересылке на текстовый терминал. Несмотря на то, что сейчас количество символов вывода гораздо менее важно, чем во времена неинтеллектуальных терминалов и низкоскоростных модемов, библиотека curses выжила как полезное дополнение к набору инструментов программиста.

Поскольку curses — это библиотека, для ее применения необходимо включить в программу заголовочный файл, объявления функций и макросы из соответствующей системной библиотеки. Существует несколько разных реализаций библиотеки curses. Первоначальная версия появилась в системе BSD UNIX и затем была включена в разновидности UNIX стиля System V прежде, чем была стандартизована группой X/Open. Система Linux использует вариант ncurses ("new curses") — свободно распространяемую версию System V Release 4.0 curses, разработанную для Linux. Эта реализация хорошо переносится на другие версии UNIX, хотя и содержит несколько непереносимых дополнительных функций. Есть даже версии библиотеки для MS-DOS и Windows. Если вы увидите, что библиотека curses, поставляемая с вашей версией системы UNIX, не поддерживает некоторые функции, попытайтесь получить копию альтернативной библиотеки ncurses. Обычно пользователи ОС Linux обнаруживают уже установленную библиотеку ncurses или, по крайней мере, ее компоненты, необходимые для выполнения программ на базе библиотеки curses. Если инструментальные библиотеки для нее заранее не установлены в вашем дистрибутиве (нет файла curses.h или файла библиотеки curses для редактирования связей), для большинства основных дистрибутивов их всегда можно найти в виде стандартного пакета с именем наподобие ibncurses5-dev.

Примечание

В стандарте X/Open определены два варианта curses: базовый и расширенный. Расширенный вариант библиотеки curses содержит разнородную кучу дополнительных функций, включая ряд функций для обработки многостолбцовых символов и подпрограммы управления цветом. Кроме приведенного далее в этой главе описания способов управления цветом, мы будем в основном привязаны к функциям базовой версии библиотеки.

При компиляции программ, использующих curses, следует подключить заголовочный файл curses.h и на этапе редактирования связей саму библиотеку с помощью аргумента -lcurses. Во многих системах Linux вы можете применять просто библиотеку curses, а потом обнаружить, что на самом деле вы пользуетесь усовершенствованной, более новой реализацией ncurses.

Для того чтобы проверить, как установлена библиотека curses в вашей системе, выполните команду

 ls -l /usr/include/*curses.h

для просмотра заголовочных файлов и

 ls -l /usr/lib/lib*curses*

для проверки библиотечных файлов. Если вы увидите, что curses.h и ncurses.h — прямо связанные файлы, и существует файл библиотеки ncurses, то у вас есть возможность компилировать файлы из этой главы с помощью следующей команды:

 $ gcc program. с -о program -lcurses

Если установка curses в вашей системе не использует автоматически ncurses, вы сможете явно задать использование ncurses, включив файл ncurses.h вместо файла curses.h и выполнив следующую команду:

 $ gcc -I/usr/include/ncurses program.с -о program -lncurses

в которой опция – I задает каталог для поиска заголовочного файла.

Примечание

В загружаемом коде сценария Makefile предполагается, что в установленной у вас системе по умолчанию применяется библиотека curses, поэтому вы должны заменить его или откомпилировать вручную, если в вашей системе это не так.

Если вы точно не знаете, как установлена библиотека curses в вашей системе, обратитесь к страницам интерактивного справочного руководства, посвященным ncurses, или просмотрите другую интерактивную документацию; обычное место ее хранения — каталог /usr/share/doc/, в котором вы найдете каталог curses или ncurses часто с присоединенным в конце номером версии.

Терминология библиотеки curses и общие представления

Подпрограммы curses действуют на экранах, в окнах и вложенных окнах или подокнах. Экран — это устройство (обычно экран терминала, но может быть и экран эмулятора терминала xterm), на который вы записываете информацию. Он занимает все доступное пространство дисплея этого устройства, Если экран — окно терминала в графическом окне, то он представляет собой совокупность всех доступных символьных позиций в окне терминала. Всегда существует, по крайней мере, одно окно curses с именем stdscr, совпадающее по размеру с физическим экраном. Вы можете создавать дополнительные окна с размером, меньшим, чем размер экрана. Окна могут накладываться друг на друга и иметь много вложенных окон, но каждое из них всегда должно находиться внутри родительского окна.

Библиотека curses поддерживает две структуры данных, действующие как отображение экрана терминала: stdscr и curscr. Структура stdscr, наиболее важная из двух, обновляется, когда функции curses формируют вывод. Структура данных stdscr — "стандартный экран". Она действует во многом так же, как стандартный вывод stdout из библиотеки stdio. Эта структура — стандартное окно вывода в программах, использующих библиотеку curses. Структура curscr похожа на stdscr, но хранит внешний вид отображаемого в текущий момент экрана. Вывод, записанный в структуру stdscr, не появляется на экране до тех пор, пока программа не вызовет функцию refresh, в которой библиотека curses сравнивает содержимое stdscr (как должен выглядеть экран) со второй структурой curscr (как выглядит экран в данный момент). Затем curses использует различия между этими двумя структурами для обновления экрана.

Некоторым программам с использованием curses нужно знать, что библиотека поддерживает структуру stdscr, которая применяется в нескольких функциях curses как параметр. Однако действительная структура stdscr реализуется по-разному, и к ней никогда не следует обращаться напрямую. У программ с использованием curses практически нет нужды в применении структуры curscr.

Таким образом, процесс вывода символов в программе с применением curses выглядит следующим образом:

1. Используется функция библиотеки curses для обновления логического экрана.

2. Запрашивается у библиотеки curses обновление физического экрана с помощью функции refresh.

Преимущество двухшагового подхода помимо большей легкости при программировании — очень эффективный вариант обновления экрана curses. Это может быть не столь важно для экрана консоли, но становится существенным показателем, если программа выполняется через медленное сетевое соединение.

Программа с использованием curses выполнит множество вызовов функций вывода на логический экран, возможно, перемещая курсор по всему экрану для того, чтобы достичь нужной позиции вывода текста или рисования линий и рамок. На каком-то этапе пользователю потребуется увидеть весь этот вывод. Когда это произойдет (обычно во время вызова функции refresh), библиотека curses найдет оптимальный способ формирования физического экрана, соответствующего логическому. Применяя нужные характеристики терминала и оптимизируя перемещения курсора, curses часто обновляет экран, выводя гораздо меньше символов по сравнению со всеми операциями записи на экран, если бы они выполнялись немедленно.

Макет логического экрана — это символьный массив, упорядоченный по строкам и столбцам, с начальной позицией экрана (0, 0) в левом верхнем углу (рис. 6.1).

Рис. 6.1

Во всех функциях библиотеки curses применяются координаты со значением у (строки) перед значением х (столбцы). Каждая позиция хранит не только символ, расположенный в этом месте экрана, но и его атрибуты. Атрибуты, которые можно отобразить, зависят от физических характеристик терминала, но, как правило, они включают жирное начертание и подчеркивание символа. На консолях Linux вам также доступны негативное изображение и цвет, о которых речь пойдет далее в этой главе.

Поскольку библиотека curses нуждается в создании и удалении некоторых временных структур данных, все программы с использованием curses должны инициализировать библиотеку перед применением и затем разрешить ей восстановить первоначальные установки после ее применения. Делается это с помощью вызовов пары функций: initscr и endwin (упражнение 6.1).

Упражнение 6.1. Программа с использованием curses, выводящая приветствие

В этом примере вы напишите очень простую использующую curses программу screen1.c, чтобы показать эти и другие базовые функции в действии. Далее будут описаны их прототипы.