Xlib

Xlib 函数库简介
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    X Window 系统是 UNIX 世界中标准的图形操作介面，它是在 1984 年由麻省理工资讯科学系与迪吉多公司合作开发的一个专案计划，其目是要发展一个兼具可移植性与网路通透性的视窗系统。该专案计划首度发表的是第十版的视窗系统 (X10)，到了 1987 年发表了第十一版 (X11)，历经多年的开发演进，到了 1994 年发表了 X11R6，也就是目前 UNIX 系统上通行的版本。而原本负责此专案计划的成员，也在 1996 底组成了一个称为 X Consortium 的组织，持续 X11R6 的开发与维护，而其最新的改进版是去年才问世的 X11R6.5。

    由于 X Window 专案计划的出现，使得各 UNIX 厂商与软体开发组织可以以 X Consortium 所发展的程序码为蓝本，在他们的系统上建立图形化视窗环境。为了达到完整的可移植性与网路通透性，各厂商与软体开发组织所实作出来的 X Window 版本都遵守相同的协定，即 X 协定，同时也采用同样的函数库呼叫介面。因此，只要是 X Window 环境下开发出来的程序，原则上都可以不需修改而移植到其他平台的 X Window 环境 (只要它的 X Window 版本与原开发环境的版本相同或更早即可) 编译执行。

    而在 GNU/Linux、FreeBSD 等 x86 平台的自由 UNIX 作业系统中，其 X Window 系统是来自 XFree86 计划，顾名思议，该计划的主要目的是提供一个免费、自由的 X Window 系统给 x86 个人电脑上的 UNIX 使用。而原先 GNU/Linux、FreeBSD 等是在 x86 电脑下开发的，但近年来它们已逐渐移植到 DEC Alpha, Sparc .... 等高阶的电脑系统上去，因此 XFree86 也顺应做了移植，可以在那些非 x86 的硬体系统上执行了。该计划也是依照 X Consortium 的标准而开发的，例如这两三年来通行的 XFree86-3.3.X 系列，主要就是以 X11R6.3 为蓝本。

    但到了近一两年来情况稍有改变，由于 GNU/Linux 平台上的多国语言与 Unicode 支援的需求日益迫切，同时为了顺应近年来新的软应体技术，使得传统的 X11R6 实作方式已渐渐不缚使用。然而 X Consortium 在这些部分的开发脚步却不够快，或甚至仍未起步，故到了 XFree86-4.0.X 系列，除了遵循 X11R6.4 的标准以外，同时更进一步地开发了 Unicode 的支援、TrueType 字型支援、模组化显示卡驱动程序、高速绘图介面、并逐步修正过去 X Consortium 所发表的程序码中的错误 .... 等。可以这么说，XFree86-4.0.X 系列比起过去的版本有著相当长足的进步。而这些改进，未来也许会逐步出现在 X Consortium 新版的 X11R6 中。

    X Window 系统采取的是 Server/Client 的模型而运作。所谓的 Server 指的是 X Server, 它通常掌管一个完整的 Display。根据定义，一个传统的 Display 包含一个显示器、一个键盘、及一个滑鼠，或者还有其他选择性的输出入装置，换句话说，它就是一个完整的图型桌面装置。而 Client 指的是在此 Display 中执行的所有 X Window 应用程序，它们需要在萤幕上绘图、需要接收滑鼠、键盘等输入 .... 等，都必须向 X Server 发出请求，由 X Server 代为完成。而 X Server 与 Client 之间的沟通协定就称之为 X 协定。此 X 协定不仅可用于本机的 Display (亦即 X Server 与 Client 都在同一部机器上执行)，它更具备了网路的通透性，也就是 X Server 与 Client 可以在不同机器上执行，例如将远端的 Client 视窗显示到本地的 X Server 上，而本地的使用者在使用时就和操作本机执行的 Client 一样，不会有分别。此网路的通透性正是 X Window 系统最强大的特点之一。

    由 X Server 掌控的 Display 只是图形介面的底层平台而已，它还不是我们平常所接触到的桌面环境。我们所用的桌面环境是由「桌面管理程序 (Window Manager)」所提供，它拥有方便的功能表选单、启动应用程序的按扭图示、可以帮我们放漂亮的底图、及管理桌面上所有的视窗 .... 等等的功能，事实上，「桌面管理程序」在 X Server 的眼中，也不过是一个 X Client 而已，只是它的功能比较特殊，专门负责管理整个工作桌面。由于 X Window 系统并不将桌面管理程序内建在 X Server 或 Display 中，因而给我们一个弹性: 我们可以依自己的喜好挑选桌面管理程序来用。这类的桌面管理程序可以说形形色色，有功能小巧阳春的 twm 与 fvwm、有长得很像 Windows 95 介面的 fvwm95、有相当眩丽的 enlightment、而有的功能甚至超越了单纯的桌面管理程序，还同时提供了一组程序库与应用程序、管理工具等等，让我们的桌面更加好用，如 KDE 或 Gnome 等。

    而这些形形色色的 X 应用程序 (Client) 与 X Server 之间的沟通管道，就是实作并传输 X 协定的 X Window 底层函数库: Xlib。Xlib 在 X Window 中的地位，就好像 libc 在整个作业系统中的地位一样。若要做进一步的类比，X Server 的角色就如同作业系统的核心，libc 提供了系统核心系统呼叫的窗口，同样的 Xlib 可以直接与 X Server 连系传送讯息。若要撰写 X Window 的应用程序，则最底层可用的函数库就是 Xlib。



Xlib 函数库功能简介
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    在 X Window 的世界里，可以说所有的动作都是由「事件 (Event) 」所触发并完成的，不论是对 X Client 或是 X Server 都是一样。从 X Client 的角度来看，每个 X 应用程序内部都有一个处理事件的回圈 (event loop)，程序静静地等待事件的发生，一旦 Xlib 截获一个属于该应用程序的事件并传送给它时，该事件就会在事件处理回圈中产生相应的动作，处理完后，又会回到原点，等待下一个事件的发生。可能发生的事件有很多种，像是其他的视窗传来讯息、键盘滑鼠有了动作、桌面管理程序要求改变视窗的大小状态 ....

    同样的，在 X Server 这边也是等待事件发生，以提供适当的服务。它同时还监控著整个 Display 的所有装置，如果有任何信号输入 (如来自键盘或滑鼠的输入) 时，它会将该信号打包成「事件」的包裹，经由 Xlib 传送给等待接收信号的 Client (即前景视窗)。由于 X Window 具备网路的通透性，故在设计时特别考虑到网路传输效率的问题。如果网路速度不够快时，每次 Client 一有服务请求就要求 X Server 马上回应，显然太缺乏效率了。因此在 Xlib 中有一个事件的缓冲区，当 Client 提出一连串的服务请求时，这些请求并没有马上送往 X Server，而是暂时保留在缓冲区中，等到必须要送出的时间点时，才会一口气送出，而让 X Server 将这一连串的服务请求一口气处理完毕。通常这个时间点是发生在 Client 送完了一连串的请求后，停下来等待下一个属于它的事件时，或者 Client 呼叫了 Xlib 中特定的函数要求 Xlib 马上将它的请求发送给 X Server。

    此种以「事件处理」为基础的运作模式，使得 X Window 的程序写起来，与一般的程序有些不一样。同时一个视窗的程序由于牵涉到许多可调整的细节，像是视窗大小、颜色、底图样式、线条粗细、字型 .... 等等，因而使得程序内部会用到的数据结构与函数呼叫往往会很复杂。但大体而言，一个标准的 X Window 程序其内部的基本执行程序大致如下:

   1. 呼叫函数 XOpenDisplay() 与 X Server 取得连系。
   2. 初始化自己的视窗，包括一切属性设定，同时要将一些视窗属性的「提示」告诉桌面管理程序。注意这里只是「提示」而已，因为桌面管理程序管理所有的视窗，在某些情况下它可能无法完全按照应用程序的要求来执行 (例如应用程序要求了超过桌面范围的视窗位置) ，故它多少会自行调整一下。但大体而言它会尽可能按照应用程序的「提示」做到。
   3. 设定应用程序视窗欲接收的「事件」种类，依应用程序的不同，其希望接收的事件也不同，若程序不需要的事件就不用接收，如此就可以省下不必要的效率浪费。
   4. 进入事件回圈，等待事件，处理事件，直到程序结束。

    程序大部分的工作都是在事件回圈中运作，包括重画视窗本身，因为自己的视窗可能会被别的视窗遮住，当别的视窗移开时，桌面管理程序就会送一个「要求视窗重画」的事件过来。因此，Xlib 内部的函数中，除了用在应用程序初始化与其他特殊用途以外，其馀几乎都是用在处理事件回圈中。这些函数群大至可分类如下:
   1. 与 X Server 连系、取得 X Server 内部可用资源与相关资讯等。
   2. 视窗的产生、属性设定、与桌面管理程序沟通及发送「提示」等。
   3. 绘图函数群与绘图属性设定。其中绘图属性指的是 Graphics Context (GC)，它是一个大型的资料结构，可用来指定线条粗细、字型与点数、颜色、底图 .... 等等。
   4. 颜色处理与色板 (即可用的颜色数与颜色种类) 设定。
   5. 事件种类与各事件的处理方式，包括取得键盘的输入与滑鼠的动作等。
   6. 程序国际化。在旧版 X11R5 的时候，已开始有程序国际化的□型，但在某些方面还不够完整，直到 X11R6 才接近成熟。这里的程序国际化包括 FontSet 的概念、X Locale 的设定、国际化文字输出 (绘图)、输入 (输入法程序与 XIM 协定)、复合字串 (Compond Text) 的处理 .... 等等。而在 XFree86-4.0.X 系列，还多了一组 Unicode/UTF-8 的处理函数，内容相当丰富。
   7. 各视窗应用程序之间的通讯机制。主要有三种，由简单到复杂依序为「讯息事件」的发送、使用视窗的 property 通讯、以及使用 Selection 机制通讯。越复杂者所能通讯的资料量越大、能处理的资料型态可以越多样、同时也越可靠。
   8. 资源管理与使用者设定。前面我们已说过一个 X Window 的程序可调整的部分相当多，而这些可调的部分可以以一个特别的格式存在特定的「资源档」中，如使用者 HOME 目录下的 .Xdefaults 或 .Xresources 档中。因此，Xlib 提供了一组特别的函数用来取得这些资源档的资料。
   9. 桌面管理程序专用的函数群与相当协定，这些函数赋与程序管理桌面与其他应用程序视窗的能力。