Начала программирования в XWindow

Статья содержит рекомендации по программированию в XWindow и использованию разделяемой памяти. Приводятся листинги двух программ, общающихся при параллельной работе. Демонстрируются возможности системы LINUX. Используется компилятор GNU-C++.

     Однако хватит псевдофилософских рассуждений - лучше для начала разберемся с использованием разделяемой памяти. При этом не стоит забывать о том, что у LINUX ядро пассивно, то есть оно не будет делать ничего самостоятельно, пока мы его не попросим. Для обмена данными между процессами в LINUX реализовано два метода: очереди сообщений и разделяемая память. Мы остановимся на втором из них, так как он является, пожалуй, наиболее мощным. В терминологии UNIX средства межпроцессорного обмена данными называются IPC (Interprocess Communications). Для IPC были разработаны стандартные средства запрещения-разрешения той или иной операции. Они называются семафорами. Для их использования нам нужно подключить к программе следующие файлы определений:

   #include <sys/types.h> 
   #include <sys/ipc.h>
   #include <sys/sem.h>

     И тогда мы сможем использовать два системных вызова: semget для создания массива семафоров и semctl для получения значений семафоров и управления их состоянием. Чтобы узнать о параметрах этих процедур, наберите в системе команду man semget, а чтобы установить комбинацию флагов для доступа, пользуйтесь таблицей 1. Аналогично построена работа с разделяемой памятью. Вы должны подключить файл:

   #include <sys/shm.h>

     Можете использовать системные вызовы shmget для получения доступа к сегменту, shmat для получения адреса, shmdt, в сущности, обратный shmat, и shmctl для изменения режима доступа или удаления сегмента, а флаги доступа полностью аналогичны указанным в таблице 1. При этом для работы со структурой semun я написал две простые, но полезные функции, которые вы можете увидеть в листинге 1.

     Теперь можно приступать к программированию собственно под XWindow. Сформулируем цель: написать две программы,

Таблица 1
Маски семафоров

SEM_R	00400	владелец читает
SEM_W	00200	владелец пишет
(SEM_R >> 3)	00040	группа читает
(SEM_R >> 3)	00020	группа пишет
(SEM_R >> 6)	00004	остальные читают
(SEMR > 6)	00002	остальные пишут
IPC_PRIVATE		личный
IPC_CREATE		создать, если не существует

каждая из которых открывает свое окно, причем в одном окне можно что-нибудь написать, а в другом это "что-нибудь" появится. Окна в XWindow бывают двух типов: InputOutput и InputOnly. Безусловно, нам нужны первые (последние используются, например, в популярной программе Xeyes). Сделаем в нашей программе еще три включения:

   #include<X11/XIib.h>
   #include<X11/Xutil.h>
   #include<X11/Xos.h>

     После этого мы можем честно пользоваться всеми благами жизни. Программы под XWindow обычно выглядят так: сначала мы подключаемся к Х-серверу (XOpenDisplay), потом получаем номер основного экрана DefaultScreen), создаем окно (XCreateSimpleWindow), задаем рекомендации для менеджера окон (листинг 2: целесообразно написать процедуру SetWindowManadgerHints, поддерживающую разные версии XWindow, - для LINUX это, в принципе, неактуально, но для общей солидарности UNIX-мира полезно), выбираем события для обработки (XSelectInput), показываем окно (XMapWindow) и приступаем к обработке событий. Для работы с клавиатурой подключим:

   #include<X11/keysym h>

     Именно так в программе-клиенте было реализовано соответствие между клавишами Left Ctrl - Left Shift-A и строкой "EXIT", я имею в виду процедуру XRebindKeySym. Таким образом, при нажатии этой комбинации клавиш в программе-клиенте обе программы благополучно окончат работу. Эти идеи реализованы в листингах 3 и 4.

     Одним из основных понятий при работе с графикой в системе XWindow является графический контекст (Graphic Context - GC). Он задается процедурой XCreateGC, при этом значения описываются следующей структурой.

   typedef struct{
   int function;
   /* Режим рисования. По умолчанию GXCopy
   Устанавливается процедурой XSetFunction */
   unsigned long plane_mask;
   /* В каких битовых плоскостях идет рисование */
   unsigned long foreground;
   unsigned long background;
   /* Цвет плана и цвет фона устанавливаются XSetForeground
   и XSetBackground соответственно */
   int line_width; /* Толщина линии в пикселах */
   int line_style; /* Тип линии */
   int cap_style;  /* Вид линии на концах */
   int join_style; /* Вид соединения линий */
   int fill_style; /* Способ закраски устанавливается*/
                   /* XSetFiIIStyle */
   int fiIl_rule;
   /* Режим заполнения многоугольников */
   int arc_mode;
   /* Режимы заполнения дуг - XSetArcMode */
   Pixmap tile;
   Pixmap stipple;
   /* Значения закрасок для fill_style */
   int ts_x_origin;
   int ts_y_origin; /* Сдвиги */
   Font font; /* Шрифт */
   int subwindow_mode;
   /* Режим влияния подокон - XSetSubwindowMode */
   Bool graphics_exposures;
   /* Запросы на перерисовку */
   int сlip_x_origin;
   int clip_y_origin; /* Отсечения */
   Pixmap clip_mask; /* Пикселы для вывода */
   int dash_offset; /* Сдвиг пунктира */
   char dashes; /* Вид пунктира */
   } XGCValues ;

     Из всего этого нам надо уметь только выводить строки ≈ процедурами XDrawString, XDrawText, XDrawStringl6, XDrawTextl6, XDrawImageString, XDrawImageText, XDrawImageStringl6, XDrawImageText 16, причем процедуры, оканчивающиеся на "16", используются для длинных шрифтов, а остальные для коротких.

     Для загрузки шрифта используется вызов XLoadQueryFont. Например, так:

   XFontStruct *prFont;
   ....
   /* Загрузка */
   if (( prFont=XLoadQueryFont(prDisplay,
               "*-charter-*" )) == NULL )
        sys_err("Font not found !");

     Имя шрифта состоит из двух частей, разделенных "-" причем первая часть шрифта представляет строку вида "-изготовитель-имя-жирность-наклон-ширина", а вторая - "размер в пикселах-размер в точках-горизонтальное разрешение вертикальное разрешение-тип-cредняя ширина-множество символов-", причем части могут заменяться знаками "*" и "?".

     Собственно говоря, на этом можно и закончить разбор программы. Я хочу извиниться, если кому-то объяснение показалось слишком подробным, очевидно, я просто писал не для вас. Все остальные могут набрать в системе приводимые далее команды, если, конечно, они не сделали предварительно makefile, и поиграть в "Тетрис".

   g++ window с client с -о client -lХ11 &
   g++ window с server с -о server -lХ11 &

     По окончании компиляции, чтобы убедиться в работоспособности программы, вы можете запустить в XWindow эмулятор какого-нибудь терминала и набрать последовательно команды:

   Server &
   Сlient &

     Потом, установив фокус на окно программы-клиента, наберите любой текст, и он появится в окне сервера. Я не пытался привести здесь законченную полезную программу, в сущности, это только идея, которую вы, возможно, захотите развить. Так что вперед, к новым вершинам, а о программировании с использованием Xt я постараюсь рассказать в другой раз. Я советую прочитать литературу, указанную далее, однако вы вполне обойдетесь и без этого, если будете пользоваться командой man.

Адрес автора:
(Никита Кожекин)

Литература

1. Nye A. Xlib Programming Manual.- USA: O'Relly & Associates, 1988.

2. Nye A. Xlib Reference Manual.- USA: O'Relly & Associates, 1988.

Листинг 1. MESSAGE.H /* Включаемый модуль: message.h */ #include <sys/types.h> #include <sys/ipc.h> #include <sys/sem.h> /* Работа с семафорами */ #include <sys/shm.h> /* Работа с разделяемой памятью */ /* Работа в X-Window */ #include <X11/Xlib.h> #include <X11/Xutil.h> #include <X11/Xos.h> #include <X11/keysym.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <string.h> #define SEM_ID 2001 /* Ключ массива семафоров */ #define SHM_ID 2002 /* Ключ разделяемой памяти */ #define PERMIS 0666 /* Права доступа: все могут читать и писать*/ #define MSG_TYPE_EMPTY 0 /* Типы сообщений: */ #define MSG_TYPE_STRING 1 /* пустое, строка, */ #define MSG_TYPE_FINISH 2 /* конец диалога */ #define MAX_STRING 20 /* Максимальная длина сообщения */ #define WND_WDT 200 /* Ширина окна */ #define WND_HGH 100 /* Высота окна */ #define WND_MIN_WDT 50 /* Минимальная ширина окна */ #define WND_MIN_HGH 50 /* Минимальная высота окна */ #define WND_BORDER_WDT 5 /* Ширина бордюра */ struct msg_t { int type; char string[MAX_STRING]; }; /* Структура сообщения */ inline void sys_err( char * msg ) { puts( msg ); exit( 1 ); } /* Системная ошибка */ /* Работа со структурой semun */ inline union semun semun (int i) { union semun s; s.val = i; return s; } inline union semun semun (struct semid_ds * b) { union semun s; s.buf = b; return s; } /* Инициализация окна написана в window.c */ void SetWindowManagerHints ( Display * prDisplay, char * psPrgClass, char * argv[], int argc, Window nWnd, int x , int y, int nWidth, int nHeight, int nMinWidth, int nMinHeight, char * psTitle, char * psIconTitle, Pixmap nIconPixmap);

Листинг 2. WINDOW.C /* Инициализация окна */ #include "message.h" void SetWindowManagerHints ( Display * prDisplay, char * psPrgClass, char * argv[], int argc, Window nWnd, int x, int y, int nWidth, int nHeight, int nMinWidth, int nMinHeight, char * psTitle, char * psIconTitle, Pixmap nIconPixmap) { XSizeHints rSizeHints; #ifdef X11R3 /* X11R3 и ниже */ rSizeHints.flags = PPosition | PSize | PMinSize; rSizeHints.x = x; rSizeHints.y = y; rSizeHints.width = nWidth; rSizeHints.height = nHeight; rSizeHints.min_width = nMinWidth; rSizeHints.min_height = nMinHeight; XSetStandardProperties ( prDisplay, nWnd, psTitle, psIconTitle, nIconPixmap, argv, argc, &rSizeHints ); #else /* X11R4 и выше */ XWMHints rWMHints; XClassHint rClassHint; XTextProperty prWindowName, prIconName; if ( !XStringListToTextProperty(&psTitle, 1, &prWindowName) || !XStringListToTextProperty( &psIconTitle, 1, &prIconName)) { sys_err("No memory!"); } rSizeHints.flags = PPosition | PSize | PMinSize; rSizeHints.min_width = nMinWidth; rSizeHints.min_height = nMinHeight; rWMHints.flags = StateHint | IconPixmapHint | InputHint; rWMHints.initial_state = NormalState; rWMHints.input = True; rWMHints.icon_pixmap = nIconPixmap; rClassHint.res_name = argv[0]; rClassHint.res_class = psPrgClass; XSetWMProperties ( prDisplay, nWnd, &prWindowName, &prIconName, argv, argc, &rSizeHints, &rWMHints, &rClassHint); #endif }

Листинг 3. CLIENT.C /* Листинг программы клиента: client.c Компиляция : g++ window.c client.c -o client -lX11 & */ #include "message.h" #define WND_X 0 /* Координаты окна */ #define WND_Y 100 #define WND_TITLE "Client Window" /* Заголовок окна */ #define WND_ICON_TITLE "Client Icon" /* Заголовок пиктограммы */ #define PRG_CLASS "Client" int main(int argc, char * argv[]) /* Основная процедура */ { Display *prDisplay; Window nWnd; int semid,shmid,x,y,nScreenNum; GC prGC; XEvent rEvent; msg_t *msg_p; char s[MAX_STRING]; KeySym nKeySym,naModList[2]; if (( semid = semget(SEM_ID,1, 0)) < 0 ) sys_err("CLIENT: can't get semaphore!"); /* Чтение массива семафоров */ if (( shmid = shmget(SHM_ID,sizeof(msg_t),0))<0) sys_err("CLIENT: can't get shared memory segment!"); /* Доступ к сегменту разделяемой памяти */ if ((msg_p = (msg_t * ) shmat(shmid, 0, 0)) == NULL) sys_err("CLIENT: shared memory attach error!"); /* Получение адреса */ if ((prDisplay = XOpenDisplay(NULL))==NULL) sys_err("CLIENT: can't connect to the X server!"); /* Подключение к X-серверу */ /* Регистрация окна */ nScreenNum = DefaultScreen(prDisplay); nWnd = XCreateSimpleWindow(prDisplay, RootWindow(prDisplay,nScreenNum), WND_X, WND_Y, WND_WDT, WND_HGH, WND_BORDER_WDT, BlackPixel(prDisplay, nScreenNum), WhitePixel(prDisplay,nScreenNum)); SetWindowManagerHints(prDisplay, PRG_CLASS, argv, argc, nWnd, WND_X, WND_Y, WND_WDT, WND_HGH, WND_MIN_WDT, WND_MIN_HGH, WND_TITLE, WND_ICON_TITLE, 0); /* Выбор чтения событий */ XSelectInput(prDisplay, nWnd , ExposureMask | KeyPressMask); /* Показ окна */ XMapWindow(prDisplay, nWnd); /* Установка новой кнопки клавиатуры */ naModList[0] = XK_Control_L; naModList[1] = XK_Shift_L; XRebindKeysym( prDisplay, XK_A, naModList, 2, "EXIT", strlen("EXIT")); x = 0; y = 0; /* Создание графического контекста */ prGC = XCreateGC(prDisplay, nWnd, 0, NULL); /* Главный цикл: чтение событий */ for (;;) { /* Выбор события из очереди */ XNextEvent(prDisplay, &rEvent); switch (rEvent.type) { case Expose : /* Запрос на перерисовку */ if (rEvent.xexpose.count!=0) break; XSetForeground(prDisplay, prGC, BlackPixel(prDisplay, 0)); /* Вывод строки */ XDrawString(prDisplay, nWnd, prGC, 10, 50, "Client,", strlen("Client,")); break; case KeyPress : /* Нажатие клавиши */ memset(s, 0, sizeof(s)); XSetForeground(prDisplay, prGC, BlackPixel(prDisplay, 0)); XDrawString(prDisplay, nWnd, prGC, 10, 66, "TALK:", strlen("TALK:")); /* Чтение строки-соответствия нажатой клавиши */ XLookupString(&rEvent.xkey, s, sizeof(s), &nKeySym, NULL); /* Ждем-с ... */ while ( semctl (semid, 0, GETVAL, semun(0) ) || msg_p->type != MSG_TYPE_EMPTY); /* Блокировка */ semctl(semid, 0, GETVAL, semun(1)); strncpy(msg_p->string,s,MAX_STRING); /* Эхо-отображение */ XDrawString(prDisplay, nWnd, prGC, 10+x, 80 + y, s, strlen(s)); if ((10+x) > WND_WDT) {x =0; y=y+10;} else x = x + 10; if (strcmp(s,"EXIT")) msg_p->type= MSG_TYPE_STRING; else msg_p->type = MSG_TYPE_FINISH; /* Снятие блокировки */ semctl(semid, 0, SETVAL, semun(0)); if (!strcmp(s,"EXIT")) { /* Конец работы */ shmdt((char*)msg_p); XFreeGC(prDisplay,prGC); XCloseDisplay(prDisplay); exit(0); } break; } } /* Освобождение графического контекста */ XFreeGC(prDisplay,prGC); XCloseDisplay(prDisplay); exit(0); }

Листинг 4. SERVER.C /* Листинг программы сервера: server.c Компиляция : g++ window.c server.c -o server -lX11 & */ #include "message.h" #define WND_X 300 /* Координаты */ #define WND_Y 100 #define WND_TITLE "Server Window" /* Заголовки */ #define WND_ICON_TITLE "Server Icon" #define PRG_CLASS "Server" int main(int argc, char * argv[]) { Display *prDisplay; Window nWnd; int semid,shmid,x,y,nScreenNum; GC prGC; XEvent rEvent; msg_t *msg_p; char s[MAX_STRING]; /* Создание семафоров */ if ((semid = semget(SEM_ID,1, PERMIS | IPC_CREAT)) < 0 ) sys_err("SERVER: can't create semaphore!"); /* Создание разделяемого сегмента */ if ((shmid = shmget(SHM_ID,sizeof(msg_t), PERMIS | IPC_CREAT))<0) sys_err("SERVER: can't create shared memory segment!"); if ((msg_p = (msg_t * ) shmat(shmid, 0, 0)) == NULL) sys_err("SERVER: shared memory attach error!"); semctl( semid, 0 , SETVAL, semun(0)); msg_p->type = MSG_TYPE_EMPTY; /* Подключение к X-серверу */ if ((prDisplay = XOpenDisplay(NULL))==NULL) sys_err("SERVER: can't connect to the X server!"); /* Инициализация окна и экрана */ nScreenNum = DefaultScreen(prDisplay); nWnd = XCreateSimpleWindow(prDisplay, RootWindow(prDisplay, nScreenNum), WND_X, WND_Y, WND_WDT, WND_HGH, WND_BORDER_WDT, BlackPixel(prDisplay, nScreenNum), WhitePixel(prDisplay, nScreenNum)); SetWindowManagerHints(prDisplay, PRG_CLASS, argv, argc, nWnd, WND_X, WND_Y, WND_WDT, WND_HGH, WND_MIN_WDT, WND_MIN_HGH, WND_TITLE, WND_ICON_TITLE, 0); /* Выбор событий: перерисовка, клавиатура */ XSelectInput(prDisplay, nWnd, ExposureMask | KeyPressMask); /* Вывод окна */ XMapWindow(prDisplay, nWnd); x = 0; y = 0; /* Создание графического контекста */ prGC = XCreateGC(prDisplay, nWnd, 0 ,NULL); for (;;) { if (msg_p->type != MSG_TYPE_EMPTY) { /* Блокировано - ждем-с ... */ if (semctl(semid, 0, GETVAL, semun(0))) continue; /* Блокировка */ semctl(semid, 0, SETVAL, semun(1)); if (msg_p->type == MSG_TYPE_STRING) { XSetForeground(prDisplay, prGC, BlackPixel(prDisplay, 0)); /* Вывод прочитанной строки */ XDrawString(prDisplay, nWnd, prGC, 10 + x, 78 + y, msg_p->string, strlen(msg_p->string)); if ((10+x) > WND_WDT) {x =0; y=y+10;} else x = x + 10; } if (msg_p->type == MSG_TYPE_FINISH) break; msg_p->type = MSG_TYPE_EMPTY; /* Отмена блокировки */ semctl(semid, 0, SETVAL, semun(0)); } /* Вывод приглашения для тех, кто понял */ XSetForeground(prDisplay, prGC, BlackPixel(prDisplay, 0)); XDrawString(prDisplay, nWnd, prGC, 10, 50, "Server,",strlen("Server,")); XDrawString(prDisplay, nWnd, prGC, 20, 66, "LISTEN:",strlen("LISTEN:")); } /* Освобождение графического контекста */ XFreeGC(prDisplay, prGC); /* Закрытие дисплея */ XCloseDisplay(prDisplay); if (semctl(semid, 0, IPC_RMID, semun(((struct semid_ds *) 0)) )<0) sys_err("SERVER: semaphore remove error!"); /* Удаление массива семафоров */ shmdt((char *)msg_p); /* Удаление сегмента разделяемой памяти */ if ( shmctl( shmid, IPC_RMID, (struct shmid_ds *) 0)<0) sys_err("SERVER: shared memory remove error!"); /* Выход */ exit(0); }