C 语言的 GTK+ 应用程序剖析

我发现最好用示例来讨论代码。对于本文来说，我使用一个用 C 编写的名为 Hello World 的简短应用程序。虽然短小 —— 而且作为应用程序来说，基本没什么用 —— 但是这个应用程序的代码确实展示了在进行 GTK+ 编程时可能会碰到的一些最有趣的概念（参见清单 1）。

#include 
#include 

#define _(x) gettext (x)
#define N_(x) (x)

#define GETTEXT_PACKAGE "gtk-hello"
#define LOCALEDIR "mo"

static char *greetings[] = { "Hello World",
			     "Witaj ?wiecie",
			     "世界に今日は" };

static char* choose_greeting ()
{
  return greetings[g_random_int_range (0, G_N_ELEMENTS (greetings))];
}

static void cb_button_click(GtkButton *button, gpointer data)
{
  GtkWidget *label = GTK_WIDGET(data);

  g_assert(label != NULL);
  gtk_label_set_text(GTK_LABEL (label), choose_greeting());
}

static gboolean cb_delete(GtkWidget *window, gpointer data)
{
  gtk_main_quit();
  return FALSE;
}

int main (int argc, char *argv[])
{
  GtkWidget* window, *button, *label, *vbox;
  
  bindtextdomain (GETTEXT_PACKAGE, LOCALEDIR);
  bind_textdomain_codeset (GETTEXT_PACKAGE, "UTF-8");
  textdomain (GETTEXT_PACKAGE);

  gtk_init(&argc, &argv);

  window = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
  button = gtk_button_new_with_label (_("Hello World"));
  label = gtk_label_new (choose_greeting());
  vbox = gtk_vbox_new(FALSE, 0);

  gtk_container_add(GTK_CONTAINER (window), vbox);
  gtk_container_add(GTK_CONTAINER (vbox), label);
  gtk_container_add(GTK_CONTAINER (vbox), button);

  g_signal_connect(G_OBJECT (window), "delete-event", 
		   G_CALLBACK(cb_delete), NULL);

  g_signal_connect (G_OBJECT (button), "clicked", 
		    G_CALLBACK (cb_button_click), label);

  gtk_widget_show_all(window);
  gtk_main();

  return 0;
}

在进入细节之前，先看看运行 Hello World 程序时发生的情况：

1. 初始化 GTK+ 和国际化（i18n）支持。
2. 创建部件（widget）。
3. 部件被组织成层次结构，让 GTK+ 知道如何在屏幕上显示它们。
4. 两个信号处理器被连接起来 —— 一个用来在用户关闭窗口时退出应用程序，另一个用来在用户点击按钮时，修改显示的欢迎信息。
5. 在屏幕上显示窗口，应用程序调用 gtk_main()，激活主循环。
6. 主循环一直运行，直到用户关闭窗口，调用 gtk_main_quit() 时才结束。

以下几行初始化 GTK+ 和 i18n 支持：

int main (int argc, char *argv[])
{
  GtkWidget* window, *button, *label, *vbox;
  
  bindtextdomain (GETTEXT_PACKAGE, LOCALEDIR);
  bind_textdomain_codeset (GETTEXT_PACKAGE, "UTF-8");
  textdomain (GETTEXT_PACKAGE);

  gtk_init(&argc, &argv);

C 程序员应当熟悉 main 声明。（如果不是 C 程序员，那么只需要知道这是应用程序开始执行的函数。）

下一行包含几个到 GtkWidget 类型的指针的声明。GTK+ 是一个面向对象的工具包。所以，它使用常见的面向对象概念（例如继承）来实现不同的部件。作为语言，C 缺乏对面向对象的内置支持。GTK+ 通过使用一些更聪明的技巧和 C 标准要求的一些有帮助的属性，克服了这个缺点。在这个方案中，对象由指针代表，而 GtkWidget 是 GTK+ 层次结构中的基本类型 —— 叫做 类，其他类都从它派生而来。所以，我把变量声明为 GtkWidget*。

下三行是在程序开始的地方应当包含的调用，用来得到国际化接口的支持。注意，在真实的应用程序中，不会手动声明 LOCALEDIR 和 GETTEXT_PACKAGE。编译系统将会处理这些声明。但是，在这个简单示例中，声明有助于澄清需要的内容。

最后一行调用 gtk_init()。在进行其他 GTK+ 调用之前，必须调用这个函数，并把调用程序使用的参数传递给它。如果这个调用失败，就会从没有机会正确初始化自己的各个子系统得到多个错误消息。

这四行分别调用不同的 _new() 函数：

  window = gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
  button = gtk_button_new_with_label (_("Hello World"));
  label = gtk_label_new (choose_greeting());
  vbox = gtk_vbox_new(FALSE, 0);

在看到 gtk_window_new 的 TOPLEVEL 参数之后，可能想知道是否有其他可能的窗口类型。实际上，确实有。但是，对于 TOPLEVEL 之外的类型的需要很少见。而且，要使用不同的类型，必须对 GTK+ 与窗口系统的交互方式有很好的理解。所以，规则很简单：一直 使用 TOPLEVEL 参数。

正如您所想，这些函数创建新的部件。所以，它们是代表部件的对象的构造函数。在 C++ 中，用特殊的方式标记构造函数，并用特殊语法进行调用。但是，因为 C 不支持面向对象，所以它们与普通的函数没有什么不同。只有添加到函数名尾部的 _new() 才表示这些函数实际上是构造函数。规定是：gtk_* 名称空间中的每个构造函数都返回一个到 GtkWidget 的指针。这样，通过声明这种类型的变量，可以直接把构造函数调用的结果分配给对应的变量。

如果查看单独的构造函数，可以看到它们接受不同的参数，对应着它们创建的部件的类型。具体来说，gtk_window_new (GTK_WINDOW_TOPLEVEL) 创建新的 TOPLEVEL 窗口；也就是与用户看成窗口的东西对应的部件，具有标题栏、关闭按钮或者窗口系统添加的其他元素。

对 label 和 button 的构造函数的调用做的工作正如您所料。但是，请注意传递给 button 的字符串周围的下划线和括号（_()）。这个宏调用 gettext() 例程，并且对于界面转换至关重要。（关于 gettext 的更多信息，请参阅 参考资料。）

模样古怪的 gtk_vbox_new(FALSE, 0) 创建垂直框（VBox）。虽然这个部件与屏幕上的任何可视像素都不对应，但是它在 GTK+ 的控件布局中扮演着重要角色，您很快就会看到这一点。

这三行决定部件的布局：

    gtk_container_add(GTK_CONTAINER (window), vbox);
    gtk_container_add(GTK_CONTAINER (vbox), label);
    gtk_container_add(GTK_CONTAINER (vbox), button);
  

这些行是对类型 GtkContainer 的面向对象方法的调用。如果查看应用程序编程接口（API）参考，可以看到 GtkContainer 继承自 GtkWidget，而且它的全部方法都接受 GtkContainer* 作为第一个参数。所以，GtkContainer* 是方法要在上面操作的对象实例。因为变量是 GtkWidget* 类型的，而且 C 编译器不支持面向对象继承，所以需要让编译器相信：向需要 GtkContainer* 的函数传递这些变量是安全的。GTK_CONTAINER() 宏通过实现到类型安全版 GtkContainer 的类型转换做到了这一点。类型安全 意味着宏在进行类型转换之前，会验证指定操作可以在指定类型上安全地执行。如果宏不能执行指定操作，就会提供警告。

因为 GTK+ 使用方框布局 模型，所以不必显式地指定部件应当放在屏幕上的什么位置。相反，要指明部件放在其他哪个窗口部件内。在 Hello World 应用程序中，每个 gtk_container_add() 方法调用都告诉应用程序用第一个参数（或 双亲部件），并把第二个参数（或 子部件）放在双亲部件内。在这个示例中使用的 VBox 部件是一种布局部件，它垂直地排列子部件。这样，在它内部放置标签和按钮时，结果就是按钮显示在标签下。

这是需要做的全部工作。如果您曾经用过绝对定位（在某些工具包中使用的模型，例如 Win32）手动调整部件或重新设置部件大小，那么您会很高兴知道在 GTK+ 中所有这些都是自动完成的。

在创建并组织好部件之后，该给它们添加些逻辑了。GTK+ 像多数 GUI 工具包一样，是一个事件驱动框架。所以，它是围绕主循环 组织的。主循环在连续的检查-分配-睡眠周期上操作。当事件发生时，与这个事件对应的对象发出信号，通知主循环事件已经发生。然后主循环查询自己的信号和处理程序之间的内部映射表，也叫做 回调，并调用注册到指定对象的指定信号的处理程序。

在 Hello World 代码中，回调的注册看起来像这样：

  g_signal_connect(G_OBJECT (window),  "delete-event", 
		   G_CALLBACK(cb_delete), NULL);
  g_signal_connect (G_OBJECT(button), "clicked", 
		    G_CALLBACK(cb_button_click), label);
		    

请注意在 GTK+ 中，connect（连接） 到信号。第一行把 cb_delete 函数连接到 window 对象的 delete-event 信号。类似地，第二行把 cb_button_click 函数连接到 button 对象的 clicked 信号。请注意在第二个连接调用中的第四个参数 label。稍后会看到它在 cb_button_click 函数中是如何使用的。

下面是 cb_delete 函数，它在用户关闭窗口时退出应用程序：

static gboolean cb_delete(GtkWidget *window, gpointer data)
{
  gtk_main_quit();
  return FALSE;
}

在 C 中，static 关键字在内部链接函数，这意味着静态函数在声明它的源文件之外不可见。除非需要在不止一个文件中使用回调，否则请一直使用 static 关键字声明回调。使用这个方法，可以避免把可用函数名称的有限名称空间弄混乱。因为静态函数被局限在一个文件，所以可以安全地重用函数名称。

这个函数接受 GtkWidget* 和一个未指定的 data 指针（gpointer 是等价于 void* 的类型），因为 "delete-event" 的每个回调都必须符合这个原型。但是，这个函数不需要这些参数，所以它们被忽略了。它调用 gtk_main_quit() 例程以退出主循环。而且，该函数返回布尔值，因为为 GtkWidget 定义的 delete-event 信号的回调原型指明的是布尔返回值。布尔值决定 GTK+ 采取的行动。如果它返回 TRUE 值，那么事件就被认为已经得到处理，而且不调用默认处理程序（该默认处理程序从窗口系统删除部件）。有的时候，例如，如果想显示一条消息，请求尚未保存的数据，并根据用户的响应阻止窗口关闭，那么这个函数会很有用。

下面是 cb_button_click 函数，在用户点击按钮时，它修改显示的欢迎信息：

static void cb_button_click(GtkButton *button, gpointer data)
{
  GtkWidget *label = GTK_WIDGET(data);

  g_assert(label != NULL);
  gtk_label_set_text(GTK_LABEL (label), choose_greeting());
}

可以看到，这个函数与 cb_delete 函数类似，不同之处是它什么也不返回，而且它接受 GtkButton* 而不是 GtkWidget。代码把 data 转换成到 GtkLabel 的指针。还记得在回调注册中的 label 参数么？现在每次调用回调时，data 指针都会包含到那个标签的指针。每当需要向回调传递额外的信息时，都可以使用 data 参数。类似地，如果需要访问发出信号的对象，就要使用第一个参数，在这个具体回调中是 button。

在得到标签的指针后，代码使用 g_assert 宏来确定标签是否等于 NULL。g_assert 宏是一个来自 Glib （GTK+ 使用的一个有用的 C 类型和例程库）的工具宏，如果传递给它的条件满足，就会中止程序 —— 在这个示例中，条件是 label 等于 NULL。因为 label 等于 NULL 意味着程序员犯了错误，所以这可以确保在代码投入生产之前捕获到错误。

在回调连接好之后，gtk_widget_show_all() 函数使窗口 —— 即所有的部件 —— 都显示在屏幕上（参见图 1）。

当诸事就位，而且显示出来之后，gtk_main() 函数就激活主循环。主循环进入无限循环，等候事件并调用回调，直到有人关闭窗口，调用 gtk_main_quit() 为止。

注意：如果对代码仍有问题，请参阅附带的源代码。它与文章中介绍的代码完全相同，但是每一行都包含详细的注释。

要编译这个程序，需要 C 编译器和 GTK+ 的开发文件（头和库）。有关如何获取这些项目的信息，请参阅 参考资料。

在安装完文件之后，请解压源代码，进入源代码将要解压到的目录，并运行 make：

$ tar -xzf gtk_hello.tgz
$ cd gtk_hello
$ make

注意：如果正在运行 Microsoft® Windows®，请不要运行 make，而是打开 Microsoft Visual Studio™.NET 并运行 “hello” 项目。

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可以在多个编程语言中使用 GTK+。要做到这点，需要使用绑定。绑定 是针对指定语言的特殊包，它用适合该语言的方式公开 GTK+ API。

例如，我已经把 Hello World 应用程序转换成 Python 和 C#。要在这些语言中运行 GTK+，除了 Python 和 Mono/.NET 之外，分别还需要 PyGTK 和 Gtk#（请参阅 参考资料）。

清单 6 显示了转换成 Python 的 Hello World 应用程序的代码。

import pygtk
pygtk.require('2.0')
import gtk
import random

greetings = ["Hello World", "Witaj ?wiecie", "世界に今日は"]
def choose_greeting (greets):
    return greets[random.randint (0, len(greets) - 1)]

def cb_clicked(button, label):
    label.set_text(choose_greeting(greetings))

window = gtk.Window ()
vbox = gtk.VBox ()
button = gtk.Button("Hello World")
label = gtk.Label (choose_greeting (greetings))

window.add(vbox)
vbox.add(label)
vbox.pack_start(button, False, False)

window.connect("delete-event", lambda a,b: gtk.main_quit())
button.connect("clicked", cb_clicked, label)

window.show_all()
gtk.main()

由于紧凑的 Python 代码，应用程序的这个版本比它的 C 语言对应物更短。除此之外，看起来是相似的。注意，代码被转换成使用 Python 的习惯，但是 API 保持不变。

Gtk# 中的 Hello World 应用程序代码要比 C 版本略长，因为 C# 要求的声明很长。所以，我没有在这里包含完整的源代码。源代码包含在附加的下载中。下面快速查看一下 C 到 C# 的主要概念转换：

  class GtkHello : Gtk.Window
  {

现在不再创建并设置新窗口，而是把 Gtk.Window 类放进一个子类，并把所有设置代码移动到构造函数。这种方法并非特定于 Gtk#。实际上，在 C 程序中，当需要窗口的多个拷贝时，经常使用这种方法。但是，在 C# 中使用子类如此之容易，所以即使对一个实例这么做也有意义 —— 特别是在考虑到 C# 要求至少声明一个类的时候，更是如此。

  this.DeleteEvent += new DeleteEventHandler(DeleteCB);
  button.Clicked += new EventHandler(ButtonClickCB);

可以看到，GTK+ 信号被转换成地道的 C# 事件概念。名称也被稍加修改，以更好地符合 C# 的命名规范。

  private void DeleteCB (object o, DeleteEventArgs args)
  {
    Application.Quit ();
    args.RetVal = true;
  }

由于 C# 事件的构造方式，所以 delete-event 处理程序的原型略有不同。它不是从回调返回 true，而是通过 args.RetVal 传递返回值。gtk_main() 和 gtk_main_quit() 分别被 Application.Run() 和 Application.Quit() 代替。

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在使用 GTK+ 进行开发时，有几个工具可以让工作轻松些。其中最著名的几个工具是 Glade、Libglade 和 Devhelp。

Glade 是一个界面构建器 —— 这个程序可以图形化地构建应用程序，而不必手动从源代码开始构建。更重要的是第二个组件：Libglade。顾名思义，Libglade 支持读取可扩展标记语言（XML）格式，Glade 用 XML 保存用户界面描述。使用 Libglade，可以直接从这个描述构建应用程序的界面，而不需要任何代码。

图 2 显示了一个包含几个部件的简单的 Libglade 应用程序。

清单 8 显示了图 2 所示的 Libglade 应用程序的完整源代码。

#include 
#include 

int main (int argc, char *argv[])
{
  GladeXML *ui;
  gtk_init(&argc, &argv);

  /* Read user interface description from glade file */
  ui = glade_xml_new ("glade_hello.glade", "main_window", NULL);
  /* Automatically connect signals */
  glade_xml_signal_autoconnect(ui);
  gtk_main();

  return 0;
}    

可以看到，所有的事情只有 17 行代码，包括注释和空行。虽然真正的应用程序不会这么短，但是从代码的清晰性、模块性和可管理性来说，Libglade 带来了巨大的提高。

如果想进一步研究这个程序是如何构建的，可通过本文附带的下载中其余的示例进行了解。

Devhelp

Devhelp 是一个文档浏览器，是为了阅读用 gtk-doc 生成的格式的文档而设计的，gtk-doc 是构建 GTK+ 文档的标准工具，相关的项目，例如 Pango 和 GNOME 也使用它。使用 Devhelp，可以迅速地搜索函数索引并浏览已经安装的文档，从而可以更迅速地获得需要的信息。Devhelp 是一个 GNOME 应用程序。所以，要运行它，需要一个符合 POSIX 的操作系统，在上面运行 GNOME，例如 Linux® 或 Sun Solaris，还需要 GNOME 运行时库。不需要运行 GNOME 本身。

如果使用其他平台，也有许多其他方法可以阅读 GTK+ 文档。Mono 项目有 Monodoc 浏览器，它通常是与 Gtk# 参考一起预先装入的。GTK+ 的 Windows 安装器也通常包含适合各种开发工具的文档格式，例如 Visual Studio®。最后，总有使用 Web 浏览器在线阅读文档这个选项，但是推荐采用专用浏览器，因为它的速度快，还有针对在程序文档中进行搜索而设计的额外特性。

在这篇文章中，学习了 GTK+ 编程中使用的基本概念。还看到了如何在 C 语言之外的语言中使用 GTK+，在保持使用 GTK+ 的一般方式的同时，还使用了特定于这些语言的方式。最后，还介绍了有助于更快更好地开发应用程序的工具。

在本系列的最后一期中，将进一步观察 GTK+ 开发的另一个方面：部署。文章将详细分析各种选项，包括移植性的考虑和安装的简易。最后，将以更广阔的视野来看 GTK+ —— 作为一个有活跃社区的项目，它有助于构建出更好地为用户服务的应用程序。