Xlib 作為 X Window System 的核心程式函式庫，提供了豐富的 API 讓開發者能直接與 X server 互動，實作圖形介面的建立、繪製和事件處理。理解 Xlib 的運作原理，對於開發 Linux 桌面應用程式至關重要。本文除了介紹 Xlib 的基礎概念外，也涵蓋了 X Window System 與 Wayland 的比較，以及 XCB 這個現代化 Xlib 替代方案的優勢。
Xlib 程式開發
繪製X視窗應用程式的基本架構
在開始探討Xlib的實際應用之前，玄貓先為大家介紹Xlib在X視窗系統中的基本架構。這些基礎知識不僅有助於理解後續的程式碼範例，還能讓你更容易掌握Xlib的核心概念。
初始化
首先，我們需要建立與X伺服器的連線。這個過程是透過XOpenDisplay()函式來完成的。如果無法成功連線，程式會自動結束。接下來，我們會使用XGetGeometry()或XGetWindowAttributes()來取得伺服器的相關資訊，並根據這些資訊來計算視窗的引數，如大小和位置。
Display *display = XOpenDisplay(NULL);
if (display == NULL) {
fprintf(stderr, "Unable to open display\n");
exit(1);
}
建立視窗
接著，我們使用XCreateSimpleWindow()來建立一個簡單的視窗。這個函式會傳回一個視窗ID，我們可以用它來進行後續的操作。
Window window = XCreateSimpleWindow(display,
RootWindow(display, 0),
10, 10, 800, 600, 1,
BlackPixel(display, 0),
WhitePixel(display, 0));
設定視窗屬性
建立視窗後，我們需要設定一些標準屬性，這些屬性會被視窗管理器使用。這可以透過XSetWMProperties()來實作。
XSetWMProperties(display, window, NULL, NULL, NULL, 0,
NULL, NULL, NULL);
捕捉事件
我們需要告訴X伺服器我們希望接收哪些型別的事件。這可以透過XSelectInput()來實作。
XSelectInput(display, window, ExposureMask | KeyPressMask);
載入字型
如果我們打算在視窗中顯示文字，那麼我們需要載入一個字型。這可以透過XLoadQueryFont()來實作。
XFontStruct *font = XLoadQueryFont(display, "fixed");
建立圖形上下文（GC）
圖形上下文（GC）用於控制繪製請求事件的行為。我們可以透過XCreateGC()來建立一個GC。
GC gc = XCreateGC(display, window, 0, NULL);
顯示視窗
最後，我們使用XMapWindow()來顯示視窗。
XMapWindow(display, window);
內容解密：
- 初始化：
Display *display = XOpenDisplay(NULL);的作用是建立與X伺服器的連線。如果連線失敗，程式會自動結束。 - 建立視窗：
Window window = XCreateSimpleWindow(...);的作用是建立一個簡單的視窗。引數包括顯示器、父視窗、位置、大小等。 - 設定視窗屬性：
XSetWMProperties(...);的作用是設定標準屬性，讓視窗管理器能夠正確處理我們的視窗。 - 捕捉事件：
XSelectInput(...);的作用是告訴伺服器我們希望接收哪些事件型別。 - 載入字型：
XFontStruct *font = XLoadQueryFont(...);的作用是載入一個字型，以便在視窗中顯示文字。 - 建立圖形上下文（GC）：
GC gc = XCreateGC(...);的作用是建立一個圖形上下文，用於控制繪製請求事件。 - 顯示視窗：
XMapWindow(...);的作用是顯示我們剛剛建立的視窗。
事件迴圈
在初始化完成後，我們進入了事件迴圈階段。這個階段主要是處理從伺服器接收到的事件，並根據需要進行相應的操作。這裡我們使用XNextEvent()來取得下一個事件。
while (1) {
XEvent event;
XNextEvent(display, &event);
if (event.type == Expose) {
// 處理Expose事件
} else if (event.type == KeyPress) {
// 處理KeyPress事件
break;
}
}
內容解密：
- 事件迴圈：
while (1) {...}是一個無限迴圈，用於持續處理從伺服器接收到的事件。 - 取得事件：
XNextEvent(display, &event);的作用是從伺服器取得下一個事件。 - 處理Expose事件：如果當前事件是Expose事件，那麼我們需要重新繪製視窗內容。
- 處理KeyPress事件：如果當前事件是KeyPress事件，那麼我們離開迴圈並關閉顯示連線。
清理與離開
當我們需要離開程式時，首先要清理所使用的資源，然後關閉顯示連線。這可以透過XUnloadFont(), XFreeGC(), 和XCloseDisplay()來實作。
if (font) {
XUnloadFont(display, font->fid);
}
if (gc) {
XFreeGC(display, gc);
}
XCloseDisplay(display);
內容解密：
- 解除安裝字型：
if (font) { XUnloadFont(display, font->fid); }的作用是解除安裝之前載入的字型。 - 釋放圖形上下文（GC）：
if (gc) { XFreeGC(display, gc); }的作用是釋放之前建立的圖形上下文。 - 關閉顯示連線：
XCloseDisplay(display);的作用是關閉與伺服器的連線。
錯誤處理
在實際開發中，錯誤處理是非常重要的一部分。雖然上面的例子中沒有詳細展示錯誤處理的部分，但在實際應用中，你應該在每個關鍵步驟中新增錯誤處理程式碼，以確保程式的穩定性和可靠性。
Xlib vs. XCB
在瞭解了基本的Xlib操作後，玄貓推薦大家比較一下另一個常見的函式庫—XCB。它與Xlib相比有很多不同之處，特別是在效能和功能上的改進。例如：
- 非同步呼叫： XCB提供了更多非同步呼叫選項。
- 更簡潔的API設計： XCB設計得更為現代化且簡潔。
- 效能最佳化： 在某些情況下，使用XCB可以獲得更好的效能表現。
資源整合與延伸閱讀
要深入學習和掌握這些技術細節和相關資源整合方法，
以下幾點將幫助你更好地理解：
- 檔案比較與組織： 建立自己的檔案集並組織它們。這樣你就能夠快速查詢到你所需的資料並深入瞭解每個函式庫的使用細節。
- 實踐案例比較： 比較不同函式庫在實際應用中的表現和優缺點。例如你可以寫兩個相同功能但使用不同函式庫（如xlib 和 xcb）編寫出來檢驗其效率及操作難度
- 拓展學習: 推薦閱讀相關書籍及線上課程（包括但不限於xlib/xcb/qt/gui programming）。
總結：
以上就是玄貓對於如何使用 Xlib 編寫基本圖形應用程式以及其背後原理與技巧分析以及跟其他工具函式庫比較結果。希望這些內容能幫助你更好地理解並掌握這些技術細節。
X Window System 與 Wayland 系統比較
在現代圖形使用者介面（GUI）的設計與實作中，X Window System 和 Wayland 是兩個關鍵的技術。X Window System 以其靈活性和跨平台支援而著稱，而 Wayland 則以其現代化設計和更高的效能表現備受推崇。本文將探討這兩者的核心概念、技術細節及其應用場景。
顯示、畫面及視窗的定義
在 X Window System 中，顯示（display）、畫面（screen）及視窗（window）有明確的定義：
- 顯示：可能包含一個或多個監視器，這些監視器分享同一組鍵盤和滑鼠。
- 畫面：指單一物理監視器。
- 視窗：是畫面中的一個矩形區域，類別似於迷你監視器。
大多數使用者使用的是單一監視器顯示，因此通常只有一個畫面，但這個畫面上會顯示多個視窗。
Wayland 表面
相比之下，Wayland 的設計更為簡潔。Wayland 表面（surface）是 Wayland 顯示伺服器協定中的可繪製區域。Wayland 表面代表一個客戶端可以用來顯示內容的可繪製區域。Wayfire 則負責管理這些表面，處理它們的放置、堆積疊順序及其他顯示方面。
Wayland 的目標是提供更輕量級且現代化的圖形系統，旨在提升效能、增強安全性並實作應用程式與顯示硬體之間的直接互動。Wayland 表面是這一架構中的基本構建塊，用於在 Wayland 顯示伺服器環境中呈現圖形內容。
Xlib 圖形上下文（GC）
在 X Window System 中，圖形上下文（GC）是 Xlib 用來產生圖形元素的資源。GC 定義瞭如何繪製圖形原始元素（如線條、矩形、點、文字等），以及這些圖形元素在視窗顯示中的特性和屬性。
GC 被儲存在客戶端-伺服器模型中的伺服器端部分，這樣可以提升速度、效能和儲存需求。GC 的目標物件主要是視窗和畫素對映（pixmaps），這些目標在 X Window 的術語中被稱為可繪製物體（drawables）。
編譯 Xlib 客戶端應用程式
在 Raspberry Pi 作業系統中編譯 Xlib 客戶端應用程式時，需要使用 GNU C 編譯器。編譯指令如下：
gcc input_file.c -o output_file -lX11
其中 input_file.c 是 C 原始碼檔案名稱，output_file 是可執行程式名稱，X11 是必須連結到的系統函式庫。
編譯指令解說
編譯指令解說：
gcc input_file.c -o output_file -lX11
- gcc：呼叫 GNU C 編譯器。
- input_file.c：指定要編譯的 C 原始碼檔案。
- -o output_file：指定輸出的可執行檔名稱。
- -lX11：連結到 X11 函式庫，以便應用程式可以使用 X Window System 提供的功能。
範例程式碼
以下是三個簡單的 Xlib C 範例程式碼：
// 第一個範例程式碼：建立一個基本視窗
#include <X11/Xlib.h>
#include <stdio.h>
int main() {
Display *display = XOpenDisplay(NULL);
if (display == NULL) {
fprintf(stderr, "無法連線到 X 伺服器\n");
return 1;
}
Window root = DefaultRootWindow(display);
Window win = XCreateSimpleWindow(display, root, 0, 0, 800, 600, 1,
BlackPixel(display, 0), WhitePixel(display, 0));
Atom wm_delete_window = XInternAtom(display, "WM_DELETE_WINDOW", False);
XSetWMProtocols(display, win, &wm_delete_window, 1);
XMapWindow(display, win);
XEvent e;
while (True) {
XNextEvent(display, &e);
if (e.type == ClientMessage && (Atom)e.xclient.data.l[0] == wm_delete_window) {
break;
}
}
XDestroyWindow(display, win);
XCloseDisplay(display);
return 0;
}
內容解密：
這段程式碼展示瞭如何使用 Xlib 建立一個基本的視窗。以下是每行程式碼的詳細解說：
#include <X11/Xlib.h>
#include <stdio.h>
- 包含必要的頭檔：
Xlib.h提供了與 X Window System 介面相關的函式和定義，stdio.h提供了標準輸入輸出函式。
int main() {
Display *display = XOpenDisplay(NULL);
- 主函式開始。
XOpenDisplay(NULL)用來開啟預設的顯示連線。
if (display == NULL) {
fprintf(stderr, "無法連線到 X 伺服器\n");
return 1;
}
- 檢查是否成功連線到 X 優先輔助記憶體。如果失敗，輸出錯誤資訊並離開。
Window root = DefaultRootWindow(display);
- 取得預設根視窗。
Window win = XCreateSimpleWindow(display, root, 0, 0, 800, 600, 1,
BlackPixel(display, 0), WhitePixel(display, 0));
- 建立一個簡單視窗：
root：父視窗。0, 0：視窗在父視窗中的位置。800, 600：視窗大小。1：邊框寬度。BlackPixel(display, 0)：邊框顏色。WhitePixel(display, 0)：背景顏色。
Atom wm_delete_window = XInternAtom(display, "WM_DELETE_WINDOW", False);
- 建立並取得 Atom 值
WM_DELETE_WINDOW。
XSetWMProtocols(display, win, &wm_delete_window, 1);
- 在視窗上設定 WM_PROTOCOLS 屬性以處理刪除事件。
XMapWindow(display, win);
- 啟動並顯示該視窗。
XEvent e;
while (True) {
- 初始化事件結構並開始事件迴圈。
XNextEvent(display, &e);
if (e.type == ClientMessage && (Atom)e.xclient.data.l[0] == wm_delete_window) {
break;
}
}
- 處理事件：
- 若收到刪除事件則離開迴圈。
XDestroyWindow(display, win);
XCloseDisplay(display);
return 0;
}
- 銷毀視窗並關閉顯示連線。
技術選型與未來趨勢
在選擇圖形系統時，需要考慮多種因素，包括效能、安全性、相容性及開發難度。X Window System 已經存在多年且具有強大的靈活性和跨平台支援，但其設計相對複雜且效能較低。相比之下，Wayland 作為現代化設計的代表，提供了更好的效能和安全性，但其生態系統仍在發展中。
未來趨勢可能會更多地傾向於 Wayland 的採用，特別是在需要高效能和現代化圖形系統的場景中。然而，由於歷史原因和相容性需求，X Window System 在短期內仍將廣泛使用。
X Window System 基礎應使用案例項解析
X Window System 是一套強大的圖形使用者介面系統，廣泛應用於 Linux 環境中。本文將探討如何使用 Xlib 函式庫來建立和管理 X 視窗，並透過具體案例來展示其實作過程。這些案例包括建立簡單視窗、繪製圖形以及處理使用者事件。
Xlib 簡介
Xlib 是 X Window System 提供的最基礎的 API 函式庫，允許開發者直接與 X 伺服器進行互動。透過 Xlib，開發者可以建立視窗、處理事件、繪製圖形等。
簡單視窗建立
首先，我們來看一個最基本的案例：建立一個空白的視窗。
目標
建立一個 500x400 畫素的視窗，周圍帶有視窗管理器的裝飾。
背景
這個簡單的 Xlib 程式遵循了 X Window System 客戶端應用程式的結構模型，包括資料生成、視窗建立和資料對映到建立的視窗。這個程式會列印預出建立的視窗 ID，方便後續操作。
#include <X11/Xlib.h>
#include <stdio.h>
int main() {
Display *d = XOpenDisplay(NULL);
int white = WhitePixel(d, DefaultScreen(d));
Window w = XCreateSimpleWindow(
d, DefaultRootWindow(d), 0, 0, 500, 400, 0, white, white);
printf("Window ID 0x%p\n", (void*)w);
XMapWindow(d, w);
XFlush(d);
while (1);
}
內容解密：
XOpenDisplay(NULL)：連線到 X 伺服器，傳回一個 Display 指標。WhitePixel(d, DefaultScreen(d))：取得預設顏色地圖中的白色畫素值。XCreateSimpleWindow：建立一個簡單的視窗，引數包括顯示器指標、父視窗 ID、位置坐標、寬高等。printf("Window ID 0x%p\n", (void*)w)：列印建立的視窗 ID。XMapWindow(d, w)：將視窗對映到螢幕上。XFlush(d)：重新整理顯示器緩衝區，確保所有請求都被傳送到伺服器。while (1)：無限迴圈，保持程式執行。
繪製圖形
接下來，我們來看一個更複雜的案例：在視窗中繪製一個填充矩形。
目標
建立一個包含黑色填充矩形的視窗。
背景
這個程式展示瞭如何在視窗中繪製圖形，並處理使用者事件（如鍵盤事件）。
#include <X11/Xlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
Display *display;
Window window;
XEvent event;
int s;
// 初始化
display = XOpenDisplay(NULL);
if (display == NULL) {
fprintf(stderr, "Cannot open display\n");
exit(1);
}
s = DefaultScreen(display);
// 建立視窗
window = XCreateSimpleWindow(display, RootWindow(display, s), 10, 10,
200, 200, 1,
BlackPixel(display, s), WhitePixel(display, s));
// 選擇感興趣的事件
XSelectInput(display, window, ExposureMask | KeyPressMask);
// 對映（顯示）視窗
XMapWindow(display, window);
// 開始事件處理迴圈
for (;;) {
XNextEvent(display, &event);
// 改變或重繪視窗
if (event.type == Expose) {
XFillRectangle(display, window, DefaultGC(display, s), 20, 20, 10, 10);
}
// 鍵盤事件離開迴圈
if (event.type == KeyPress)
break;
}
// 清理資源
XCloseDisplay(display);
return 0;
}
內容解密：
XOpenDisplay(NULL)：連線到 X 伺服器。DefaultScreen(display)：取得預設螢幕編號。XCreateSimpleWindow：建立一個簡單的視窗。XSelectInput：選擇感興趣的事件型別，包括 Expose 和 KeyPress。XMapWindow：將視窗對映到螢幕上。XNextEvent：從事件佇列中取得下一個事件。XFillRectangle：在指定位置繪製填充矩形。KeyPress：檢測鍵盤按鍵事件，離開迴圈。
處理使用者事件
最後，我們來看一個更複雜的案例：在視窗中處理滑鼠點選和鍵盤輸入事件。
構思概述：
此次為程式碼跨切片明確標記。以玄貓為誤差偵測與邏輯驅動進行實務情境轉換與檢視：
#include <X11/Xlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
// 按鍵處理函式原型
void handle_keypress(XEvent event);
int main(void) {
Display *display;
Window window;
GC gc;
char text[256];
// 建立GC物件變數 (Graphic Context)
gc = DefaultGC(display,s);
int screen;
int x=25,y=25;
int textwidth,textheight;
// 初始化資料結構變數與指標物件
// 注意指標語法與初始化重要性
// 初始化字串變數 text[]
// 在對應段落解決串列字元錯誤問題
display = XOpenDisplay(NULL);
if (display == NULL) {
fprintf(stderr,"Cannot open display\n");
exit(1);
}
screen = DefaultScreen(display);
window = XCreateSimpleWindow(
display,
RootWindow(display,screen),
5,
5,
800,
600,
5,
BlackPixel(display,screen),
WhitePixel(display,screen)
);
sprintf(text,"Report");
textwidth=XTextWidth(gc,text);
textheight=gc->font->ascent+gc->font->descent;
gc = DefaultGC(display,screen);
snprintf(text,sizeof(text),"Linux Rocks");
textwidth=XTextWidth(gc,text,textheight);
textheight=gc->font->ascent+gc->font->descent;
strcpy(text,"Linux Rocks");
snprintf(text,sizeof(text),"Linux Rocks");
內容解密：
-
包含宣告與初始化部分會整合完整數型態並針對各別字元結構進行解析與轉換處理：
-
#include <X11/Xlib.h>：包含所需標頭檔案函式庫。 -
#include <stdio.h>：包含標準輸入輸出函式庫。注意與上述同名函式庫間不重複宣告或累加庫存功能。 -
#include <stdlib.h>：包含標準函式庫以進行動態記憶體組態及函式流程控制函式庫等功能。 -
#include <string.h>：包含C語言字串操作函式庫。字串相關函式統一歸納於此庫存
-
int x=25,y=25;
int textwidth,textheight;
int screen;
char text[256];
snprintf(text,sizeof(text),"Linux Rocks");
textwidth=XTextWidth(gc,text,textheight);
textheight=gc->font->ascent+gc->font->descent;
strcpy(text,"Linux Rocks");
snprintf(text,sizeof(text),"Linux Rocks");
screen = DefaultScreen(display);
分段解析：
-
char text[256];在此時機使用此引數動態儲存空間以備需要指定字元串值作為後續繫結值進而進行多樣化分配與檢驗。 -
int x=25,y=25;初始化兩個座標變數以備後續運算中使用 -
int textwidth,textheight;初始化兩個計算文字寬度和高度之變數以備後續計算與指派值
建構解析：
screen = DefaultScreen(display);
此行程式碼會將此次呼叫之內容傳遞至引數變數內並且呼叫該DefaultScreen函式庫作為傳回之內容以產生螢幕相關屬性結構等相關資訊作為屬性基準
display,
RootWindow(display,screen),
x,
y,
width,
height,
border_width,
border_pixel,
background_pixel);```
依照以上範例說明則可得知需要相對應之引數呼叫並且完成初始化轉換值後產生出屬性結構及函式庫內容(以x,y作為橫軸縱軸初始值)
##### 主要邏輯：
```textwidth=XTextWidth(gc,text,textheight);```
根據上述宣告之var即可得知xtextwidth會透過計算方式得知總長度並且將其傳遞至var內完成屬性儲存
```textheight=gc->font->ascent+gc->font->descent;```
根據上述宣告之var即可得知textheight會透過計算方式得知總長度並且將其傳遞至var內完成屬性儲存
```snprintf(text,sizeof(text),"Linux Rocks");```
根據上述宣告之var即可得知snprintf會透過傳遞方式得知總長度並且將其傳遞至var內完成屬性儲存
```strcpy(text,"Linux Rocks");```
根據上述宣告之var即可得知strcpy會透過傳遞方式得到所需字元並且完成傳遞至var內完成屬性儲存
