分类： 嵌入式
2011-07-01 13:18:36
第四章 Linux程序开发技术及 GTK图形程序开发
4.1 Linux下的程序开发环境
4.1.1基本知识
(1) 标准 (ANSI C, POSIX, SVID, XPG, ...)
ANSI C：这一标准是 ANSI（美国国家标准局）于 1989 年制定的 C 语言标准。 后来被 ISO（国际标准化组织）接受为标准，因此也称为 ISO C。
POSIX：该标准最初由 IEEE 开发的标准族，部分已经被 ISO 接受为国际标准。
SVID：System V 的接口描述。System V 接口描述（SVID）是描述 AT&T Unix System V 操作 系统的文档，是对 POSIX 标准的扩展超集。
XPG：X/Open 可移植性指南。X/Open 可移植性指南（由 X/Open Company, Ltd.出版）， 是比 POSIX 更为一般的标准。
(2) 函数库和系统调用
glibc：众所周知，C 语言并没有为常见的操作，例如输入/输出、内存管理，字符串操作等提供内置的支持。相反，这些功能一般由标准的“函数库”来提供。GNU 的 C 函数库，即 glibc，是 Linux 上最重要的函数库，它定义了 ISO C 标准指定的所有的库函数，以及由 POSIX 或其他 UNIX 操作系统变种指定的附加特色，还包括有与 GNU 系统相关的扩展。目前，流行的 Linux 系统使用 glibc 2.0 以上的版本。glibc 基于如下标准：ISO C: C 编程语言的国际标准，即 ANSI C，POSIX，Berkeley Unix，SVID，XPG。
其他重要函数库：除 glibc 之外，流行的 Linux 发行版中还包含有一些其他的函数库，这些函数库具有重要地位，例如：GNU Libtool，CrackLib，LibGTop。图形文件操作函数库包括： libungif、libtiff、libpng、Imlib, libjpeg 等，可分别用来操作 GIF、TIFF、PNG、JPEG 以及其他一些格式图形文件。
(3) 系统调用
系统调用是操作系统提供给外部程序的接口。在 C 语言中，操作系统的系统调用通常通过函数调用的形式完成，在 Linux 系统中，系统调用函数定义在 glibc 中。
谈到系统调用时，需要注意如下几点：系统调用函数通常在成功时返回 0 值，不成功时返回非零值。errno 中包含有错误代码。系统调用是一个非常耗时 的过程。
(4) C 语言编程风格
良好的编程风格可以在许多方面帮助开发人员，可以增加代码的可读性，并帮助你理清头绪。编程风格最能体现一个程序员的综合素质。
在 Linux 中，我们经常看到的是定义非常简单的函数接口和变量名称。C 语言最初来自 UNIX 操作系统，与 UNIX 的设计原则一样，C 语言被广泛认可和使用的一个重要原因是它的灵活性以及简洁性。在利用 C 语言编写程序时，应当符合其简洁的设计原则，而不应当使用非常复杂的变量命名方法。Linus 为 Linux 内核定义的 C 语言编码风格要点如下：
缩进时，使用长度为 8 个字符宽的 Tab 键。如果程序的缩进超过 3 级，则应考虑重新设计程序。
大括号的位置。除函数的定义体外，应当将左大括号放在行尾，而将右大括号放在行首。函数的定义体应将左右大括号放在行首。如下所示：
int function(int x, int y)
{
if (x == y) {
...
}
else {
...
}
return 0;
}
应采用简洁的命名方法。对变量名，不赞成使用大小写混写的形式，但鼓励使用描述性的名称；尽可能不使用全局变量；不采用匈牙利命名法表示变量的类型；采用短小精悍的名称表示局部变量；保持函数短小，从而避免使用过多的局部变量。保持函数短小精悍。不应过分强调注释的作用，应尽量采用好的编码风格而不是添加过多的注释。
(5) 库和头文件的保存位置
函数库：
/lib：系统必备共享库
/usr/lib：标准共享库和静态库
/usr/i486-linux-libc5/lib：libc5 兼容性函数库
/usr/X11R6/lib：X11R6 的函数库
/usr/local/lib：本地函数库
头文件：
/usr/include：系统头文件
/usr/local/include：本地头文件
4.1.2 Linux 上的编译器和调试器
(1) Linux 上的 C/C++ 编译器和调试器
运行 gcc/egcs：Linux 中最重要的软件开发工具是 GCC。GCC 是 GNU 的 C 和 C++ 编译器。实际上，GCC 能够编译三种语言：C、C++ 和 Object C（C 语言的一种面向对象扩展）。利用 gcc 命令可同时编译并连接 C 和 C++ 源程序。
例如利用如下的命令可编译生成可执行文件，并执行程序：
$ gcc -o factorial main.c factorial.c
$ ./factorial 5
GCC 可同时用来编译 C 程序和 C++ 程序。一般来说，C 编译器通过源文件的后缀名来判断是 C 程序还是 C++ 程序。在 Linux 中，C 源文件的后缀名为 .c，而 C++ 源文件的后缀名为 .C 或 .cpp。
但是，gcc 命令只能编译 C++ 源文件，而不能自动和 C++ 程序使用的库连接。因此，通常使用 g++ 命令来完成 C++ 程序的编译和连接，该程序会自动调用 gcc 实现编译。
例如可以如下调用 g++ 命令编译、连接并生成可执行文件：
$ g++ -o hello hello.C
$ ./hello
(2) gcc/egcs 的主要选项
-ansi 只支持 ANSI 标准的 C 语法。这一选项将禁止 GNU C 的某些特色，
-c 只编译并生成目标文件。
-DMACRO 以字符串“1”定义 MACRO 宏。
-DMACRO=DEFN 以字符串“DEFN”定义 MACRO 宏。
-E 只运行 C 预编译器。
-g 生成调试信息。GNU 调试器可利用该信息。
-IDIRECTORY 指定额外的头文件搜索路径DIRECTORY。
-LDIRECTORY 指定额外的函数库搜索路径DIRECTORY。
-lLIBRARY 连接时搜索指定的函数库LIBRARY。
-m486 针对 486 进行代码优化。
-o FILE 生成指定的输出文件。用在生成可执行文件时。
-O0 不进行优化处理。
-O 或 -O1 优化生成代码。
-O2 进一步优化。
-O3 比 -O2 更进一步优化，包括 inline 函数。
-shared 生成共享目标文件。通常用在建立共享库时。
-static 禁止使用共享连接。
-UMACRO 取消对 MACRO 宏的定义。
-w 不生成任何警告信息。
-Wall 生成所有警告信息。
(3)gdb
GNU 的调试器称为 gdb，该程序是一个交互式工具，工作在字符模式。在 X Window 系统中，有一个 gdb 的前端图形工具，称为 xxgdb。gdb 是功能强大的调试程序，可完成如下的调试:设置断点；监视程序变量的值；程序的单步执行；修改变量的值。
在可以使用 gdb 调试程序之前，必须使用 -g 选项编译源文件。可在 makefile 中如下定义 CFLAGS 变量：CFLAGS = -g，运行 gdb 调试程序时通常使用如下的命令：gdb progname
(4) 创建和使用静态库
创建一个静态库是相当简单的。通常使用 ar 程序把一些目标文件（.o）组合在一起，成为一个单独的库，然后运行 ranlib，以给库加入一些索引信息。
(5) 创建和使用共享库
特殊的编译和连接选项-D_REENTRANT使得预处理器符号 _REENTRANT 被定义，这个符号激活一些宏特性。-fPIC选项产生位置独立的代码。由于库是在运行的时候被调入，因此这个选项是必需的，-shared选项告诉编译器产生共享库代码。
4.1.3 GNU make 和 makefile
(1) GNU make简介
在大型的开发项目中，通常有几十到上百个的源文件，如果每次均手工键入 gcc 命令进行编译的话，则会非常不方便。因此，人们通常利用 make 工具来自动完成编译工作。这些工作包括：如果仅修改了某几个源文件，则只重新编译这几个源文件；如果某个头文件被修改了，则重新编译所有包含该头文件的源文件。利用这种自动编译可大大简化开发工作，避免不必要的重新编译。
实际上，make 工具通过一个称为 makefile 的文件来完成并自动维护编译工作。makefile 需要按照某种语法进行编写，其中说明了如何编译各个源文件并连接生成可执行文件，并定义了源文件之间的依赖关系。
当修改了其中某个源文件时，如果其他源文件依赖于该文件，则也要重新编译所有依赖该文件的源文件。
默认情况下，GNU make 工具在当前工作目录中按如下顺序搜索 makefile: GNUmakefile,makefile,Makefile。在 UNIX 系统中，习惯使用 Makefile 作为 makfile 文件。
(2) makefile 基本结构
makefile 中一般包含如下内容：
* 需要由 make 工具创建的项目，通常是目标文件和可执行文件。
* 要创建的项目依赖于哪些文件。
* 创建每个项目时需要运行的命令。
例如，假设你现在有一个 C++ 源文件 test.C，该源文件包含有自定义的头文件 test.h，则目标文件 test.o 明确依赖于两个源文件：test.C 和 test.h。另外，你可能只希望利用 g++ 命令来生成 test.o 目标文件。
这时，就可以利用如下的 makefile 来定义 test.o 的创建规则：
test.o: test.C test.h
g++ -c -g test.C
一个 makefile 文件中可定义多个目标，利用 make target 命令可指定要编译的目标，如果不指定目标，则使用第一个目标。通常，makefile 中定义有 clean 目标，可用来清除编译过程中的中间文件，例如：
clean:
rm -f *.o
运行 make clean 时，将执行 rm -f *.o 命令，最终删除所有编译过程中产生的所有中间文件。
(3) makefile 变量
GNU 的 make 工具除提供有建立目标的基本功能之外，还有许多便于表达依赖性关系以及建立目标的命令的特色。其中之一就是变量或宏的定义能力。如果你要以相同的编译选项同时编译十几个 C 源文件，而为每个目标的编译指定冗长的编译选项的话，将是非常乏味的。但利用简单的变量定义，可避免这种乏味的工作，例如：
CC = gcc
CCFLAGS = -D_DEBUG -g -m486
test.o: test.c test.h
$(CC) -c $(CCFLAGS) test.c
在上面的例子中，CC 和 CCFLAGS 就是 make 的变量。GNU make 通常称之为变量，而其他 UNIX 的 make工具称之为宏，实际是同一个东西。在 makefile 中引用变量的值时，只需变量名之前添加 $ 符号。
(4) 运行 make
GNU make 命令还有一些其他选项：
-C DIR 在读取 makefile 之前改变到指定的目录 DIR。
-f FILE 以指定的 FILE 文件作为 makefile。
-h 显示所有的 make 选项。
-i 忽略所有的命令执行错误。
-I DIR 当包含其他 makefile 文件时，可利用该选项指定搜索目录。
-n 只打印要执行的命令，但不执行这些命令。
-p 显示 make 变量数据库和隐含规则。
-s 在执行命令时不显示命令。
-w 在处理 makefile 之前和之后，显示工作目录。
-W FILE 假定文件 FILE 已经被修改。
4.2 GTK图形程序开发
4.2.1 简介 起源於开发用来做为GIMP (General Image Manipulation Program)的一套工具. GTK建立在GDK (GIMP Drawing Kit)的上层, 基本上是将Xlib功能包装起来. 它被称为GIMP toolkit是因为它是为了开发GIMP而写的, 但现在被许多免费软体计划所使用。4.2.2 一个简单的GTK程序
#include
int main( int argc,char *argv[] )
{ GtkWidget *window;
gtk_init (&argc, &argv);
window = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
gtk_widget_show (window);
gtk_main ();
return(0);
}
编译方法：gcc －Wall -g base.c -o base `gtk-config --cflags --libs`
该程序是一个最简单的窗口程序。
4.2.3 GTK的层次结构
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GIMP |
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GTK+ |
|
GDK |
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GLIB |
|
XLIB |
4.2.4 GTK的事件与信号处理
GTK是一个事件驱动的工具集，一个GTK应用通常在gtk_main上休眠直到一个事件发生，这时控制被传递给合适的函数。
信号处理函数：
gint gtk_signal_connect( GtkObject, gchar,GtkSignalFunc, gpointer);
void gtk_signal_disconnect( GtkObject, gint);
void gtk_signal_handler_block( GtkObject, guint);
void gtk_signal_handler_unblock( GtkObject, guint);
void gtk_signal_emit( GtkObject, guint, ... );
事件与信号不是一回事
4.2.5 GTK的控件
使用一个控件的步骤
l gtk_*_new 初始化一个控件
l 绑定控件与信号及事件
l 把它包装到一个包容器中
l 告诉GTK显示这个控件（gtk_widget_show）
控件体系类似于MFC的类库，子类具有父类的特征，在使用时要使用类型强制转换。
第五章 Netbit浏览器开发与分析
5.1 Netbit 浏览器简介
Netbit Browser 是基于Linux平台的浏览器，使用了gtk作为gui开发工具。项目的目的是要建立一个小型的、快捷的web浏览器，并便于移植到嵌入式系统中。该项目是开放源码项目，
项目目前已完成 0.0.1 demo版，实现了基本界面，html4.0词法分析、支持本地文本文件查看，英文网页浏览（使用菜单open file），支持简单http连接，支持URL访问，如输入等，支持字体颜色、字号等基本的元素。
Netbit Browser在界面上主要承袭了Gzilla的风格，在技术上主要涉及了词法、语法分析，文档布局，PIXMAP画图，文件IO操作，简单HTTP访问等技术。
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界面模块 |
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控制模块 |
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PIXMAP画图模块 |
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IO模块 |
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词法分析模块 |
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文本文件显示模块 |
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HTML文件显示模块 |
(1)主程序：用于初始化。
(2)界面模块：窗口、菜单、工具条、滚动条等的初始化。
(3)控制模块：负责命令的响应，消息的处理，是软件控制的中枢。
(4)IO模块：包括http和文件操作。
(5)词法分析模块：HTML的词法分析。
(6)文本文件的显示模块：对Plain text显示的处理，也包含相应的布局算法。
(7)HTML文件的显示模块：在Netbit browser中使用了语法分析与布局同时进行的方式，由此模块来驱动HTML文件的显示。
(8)使用PIXMAP的画图模块：是实际输出采用的方法，被6、7模块调用。
以下将就主要的较复杂的模块进行说明。
5.3 界面模块
(1) interface.c，interface.h：用于界面的初始化和定制。
主要的函数说明：
void a_Interface_init(void);界面初始化的主函数
void a_Interface_status(BrowserWindow *bw, const char *format, ... );
设置状态栏内容。
void a_Interface_openfile_dialog(BrowserWindow *bw);文件打开对话框
void a_Interface_set_Page_title(BrowserWindow *bw, char *title);
设置窗口标题。
void a_Interface_entry_open_url(GtkWidget *widget, BrowserWindow *bw);
打开网址输入栏输入的网址。
BrowserWindow *a_Interface_new_browser_window(gint width, gint height);
新建浏览窗口，是很重要的函数，在其中创建了所有的界面控件，并对按钮等进行了消息绑定。
(2) menu.c，menu.h
主要函数：GtkWidget *a_Menu_mainbar_new (BrowserWindow *bw);
定义了主菜单项，并进行了消息绑定
(3) browser.h
定义了重要的窗口结构如下：
struct _BrowserWindow
{
/* 主窗口的widgets */
GtkWidget *main_window;
GtkWidget *back_button;
GtkWidget *forw_button;
GtkWidget *stop_button;
GtkWidget *location;
GtkWidget *location_button;
GtkWidget *status;
/* 键盘控制表*/
GtkAccelGroup *accel_group;
/* 工具条按钮 */
GtkWidget *back_menuitem;
GtkWidget *forw_menuitem;
GtkWidget *stop_menuitem;
/* 主文档 widget. (用于绘制HTML或其它) */
GtkWidget *layout;
/* 当前光标类型 */
GdkCursorType CursorType;
/* 对话框widgets*/
GtkWidget *open_dialog_window;
GtkWidget *open_dialog_entry;
GtkWidget *openfile_dialog_window;
GtkWidget *quit_dialog_window;
/* 指向保存词法分析结果的数据结构 */
BitTokenContext *global_cx;
/* 文件类型：html or plain text*/
gint file_type;
};
5.4 控制模块
(1)command.c，command.h
主要的函数说明：
void a_Commands_openfile_callback (GtkWidget *widget, gpointer client_data);打开文件的对话框
void a_Commands_openurl_callback (GtkWidget *widget, gpointer client_data);打开URL
void a_Commands_close_callback(GtkWidget * widget, gpointer client_data);关闭窗口
void a_Commands_exit_callback (GtkWidget *widget, gpointer client_data);退出程序
void a_Commands_viewsource_callback (GtkWidget *widget, gpointer client_data);查看HTML源码
void a_Commands_reload_callback (GtkWidget *widget, gpointer client_data);刷新当前网页
void a_Commands_home_callback (GtkWidget *widget, gpointer client_data);显示主页
void a_Commands_helphome_callback (GtkWidget *widget, gpointer client_data); 显示帮助
(2)nav.h，nav.c：是命令对应的与网页操作有关的具体实施
主要的函数说明：
void a_Nav_push(BrowserWindow *bw, const char*);按URL打开一个网址或文件，具有对不完整URL的兼容性。
void a_Nav_reload(BrowserWindow *bw);刷新当前网页
void a_Nav_open_splash(BrowserWindow *bw,char *str);打开起始页（内置页面）
5.5词法分析模块
词法分析的原理和算法在前面已有详述。
(1) BitToken.c，BitToken.h
主要的函数说明：
BitTokenContext * Bit_NewContext(); 创建新的全局结构
int Bit_Tokenize(BitTokenContext *global_cx); 局部词法分析
void Bit_BeginToken(BitTokenContext *global_cx); 全局词法分析
int Bit_DestroyToken(BitTokenContext *global_cx); 释放内存
char *Token_ReadUntil(BitTokenContext *global_cx,char *sUntil);重要的字符处理函数，读取到指定字符后结束
char *Token_GetAttribute(BitTokenContext *global_cx); 取元素属性
void Token_ConvertIfNeed(char * aString); 转义字串的处理
int Token_ConsumTag(BitTokenContext *global_cx);处理元素
int Token_Consum_PlainText(BitTokenContext *global_cx); 处理文本
void Bit_ShowTokenResult(BitTokenContext *global_cx);显示分析结果
void Bit_SaveTokenResult(BitTokenContext *global_cx,char * filename); 保存分析结果
(2) BitHtmlDtd.h，BitHtmlDtd.c
用于存储HTML4.0元素的名称和属性。
(3) BitTokenList.h，BitTokenList.c
元素链表相关
(4) BitTokenAttrList.h，BitTokenAttrList.c
元素属性链表相关
(5) BitStr.h，BitStr.c
字符串处理函数
5.6使用PIXMAP的画图模块
因本部份是HTML文件的显示模块、文本文件的显示模块的基础，所以先予说明。
paint.c，paint.h
主要的函数说明：
gint pixmap_new(GtkWidget *widget,int width,int height);
在此函数中使用
pixmap = gdk_pixmap_new(widget->window,width+30,height+30,-1);来新建一个pixmap。
gint expose_event (GtkWidget *widget, GdkEventExpose *event); 在expose消息到来时，即若界面被破坏需重画时，使用
gdk_draw_pixmap(widget->window,widget->style->fg_gc[GTK_WIDGET_STATE(widget)],pixmap,event->area.x,event->area.y,event->area.x,ent->area.y, event->area.width, event->area.height);来重画。
gint pixmap_repaint(GtkWidget *widget);用于提供手动重画。
gint Browser_Paint(BrowserWindow *bw);layout的主函数，用来根据文件类型来调用HTML文件的显示模块或文本文件的显示，同时初始化滚动条。
5.7 文本文件的显示模块
plain.c，plain.h
char *Plain_handle_tabs(const char *str)将TAB转为空格。
void a_Plain_write(GtkLayout *display,char *Buf1, gint BufSize)主要函数
下面介绍一下文本显示的算法。
指定默认字体
font=gdk_font_load("-adobe-helvetica-medium-r-normal--14-*-*-*-*-*-iso8859-1");
通过预布局来计算页面的长度：
while(i { j=0; while(line_size {str[j]=Buf[i]; line_size+=gdk_char_width(font,str[j]); j++; i++; } str[j]='\0'; if(Buf[i]=='\n')i++; x=X_START; line_size=x; y+=16; } 创建PIXMAP pixmap_new(drawing_area,SCREEN_WIDTH,y); gc = gdk_gc_new(drawing_area->window); 进行真实的画图。 pixmap_repaint(drawing_area); 输出到PIXMAP并显示 5.8 HTML文件的显示模块 这部份是整个浏览器最重要的部份之一，综合了语法分析与HTML的布局、输出，其算法的好坏直接关系到网页的显示效果。 主要流程： while(pTtokenList!=NULL) {………… switch(pTtokenList->token->type) { case HTML_TITLE: ………… break; case HTML_TEXT: ………… break; ………… ………… default: ……… break; } //switch pTtokenList=pTtokenList->next; } //while 可以看到，这部份与语词分析结合的十分紧密，利用词法分析的结果，遍历各元素节点，取出其元素属性，根据一定的布局算法来进行布局。 例如：当遇到title元素时，就使用gtk函数来设定窗口标题为指定标题 gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(bw->main_window),pTtokenList->token->pData); 其中pTtokenList->token->pData即为词法分析分析出的标题内容。 由于程序结构十分简单清晰，大部份元素的处理都简单易懂，参考源程序即可，下面主要针对和相关标记对字体的设置阐述其算法。 由于标记允许嵌套，所以使用了栈来对font元素进行管理，例如以下的HTML代码：
This program is not free software; you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later version.
显示的效果应为GNU General Public License的字号为5，颜色为FF0000，即红色；free software应为粗体，受首尾两个呼应的font标记约束，其它字字号均为4，颜色为0000FF，由于free software只被这一对加粗符号约束，所以其颜色应受首尾的font标记的约束，即应为0000FF。 这种嵌套的约束方式带来了HTML元素管理的混乱，也容易产生冗余的HTML代码，但既然标准是这么定的，也只能想办法加以解决，固然现在随着样式表的广泛采用，font已面临寿终正寝，但仍然大量存在，特别在对字体的颜色的设置，使用font标记很方便。 栈式管理的主要算法详解： void html_open_font(GtkWidget *widget,char * style_str,char *color_str,char *size_str,int html_element,int insert_to_list)； 该函数用于指定当前的字体属性，其参数包括style,color,size,以及改变字体属性的元素的名称，int insert_to_list用于标记此字体属性是否入栈，通常是入栈的。 这样，在出现font或相关元素的首标记时，我们将词法分析的结果提取出来，即将其元素属性提取出来，作为参数传递给html_open_font 函数，该函数将这些属性进行组合，设置成为当前字体属性，并入栈保存；在出现font或相关元素的尾标记时，出于保险（因为存在交错包含关系的元素），首先检验栈顶元素与正在处理的元素尾标记是否匹配（名称相同），如相同则出栈，并将栈内下一字体属性设为系统的当前字体属性。 出栈函数为void html_close_font(GtkWidget *widget,int html_element) 需要注意的是由于并不是所有的font元素都指定所有的属性，可能只指定其中的一个或一部份属性，因此在入栈时必须做这样的处理，即首先获取当前的字体属性，根据哪些属性发生了变化来组合新的字体属性，然后入栈。 所使用的栈的结构很简单，如下。 typedef struct _font_list{ int html_element; char color_str[15]; char size_str[15]; char style_str[15]; }font_list; 此为font_list的类型定义，描述了字体属性的结构 font_list font_opening[50]; 定义一个数组作为栈的存储形式 int current_font=0; 定义一个整型变量，作为栈顶指针 如此，一个简单的数组就发挥了巨大的作用，配以一点点算法，就带来了丰富多彩的界面效果。 5.9 Netbit实际应用效果及比较 下图为Netbit browser运行时的界面，所打开的页面源代码如下：
Netbit Browser Version 0.0.1 Demo
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Public License as published by the Free Software Foundation;
either version 2 of the License, or (at your option) any later version.
