【程式】如何建一個視窗—X Window篇

用C/C++寫視窗程式的方法，上次介紹Windows API，這次介紹Windows以外的作業系統。

在類Unix作業系統裡，X Window是GUI的不成文標準，像Linux和BSD都是用它做出GUI，Linux、BSD版的GTK、QT是以它為基礎架出來的。它的歷史和架構在此不詳細介紹，本篇只介紹跟寫程式有關的部分。
有時也稱為Xlib、X11或X，Window是單數才是正式名稱，如果寫成「X Windows」是錯的。

本篇筆者用的OS是Linux Mint 18.2 64位元版。
寫本篇的程式要裝X Window開發用套件，筆者的發行版是libx-dev，其他發行版可能是不同的名稱。

(2021/3/30更新：改良語法標示，且發現另一個設視窗標題的方法)

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X Window系統是由三個部分組成：server、client、window manager

server和window manager內建在作業系統，client是你寫的程式。server負責輸入和輸出，接收鍵盤和滑鼠事件以及把圖、文字顯示在螢幕。window manager是一個特別的client，控制視窗位置大小、重疊和邊框樣式，server根據window manager的計算顯示畫面。

重要的觀念是「X Window是以client、server和window manager可以不在同一台電腦上為前提設計」，這可以用在遠端操作的情況：client在一台沒有螢幕和輸入設備的大型電腦，用一台裝了server的PC連線去操作，但因此寫程式會有些限制。

三個部分是非同步執行(asynchronous)，例如呼叫XMapWindow()，client只是發一個命令給server便繼續執行，不會等待map完成，如果map完成之前就送畫圖的指令那指令會無效。

還有視窗位置是由window manager管理，client沒有一個函式可以呼叫後直接傳回視窗位置，必須叫server在視窗位置變化時通知client，client自己記錄位置。

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這次的程式如下

#include<X11/Xlib.h> #include<unistd.h> //使用pause() int main(){   Display* dsp = XOpenDisplay(NULL);   Window window = XCreateSimpleWindow(dsp,     DefaultRootWindow(dsp),     100,100,200,200, //x,y,w,h     0,0, //border     0); //backgd   XMapWindow(dsp,window);   XFlush(dsp);   pause();   XCloseDisplay(dsp);   return 0; }

Linux的檔名大小寫有別，include的時候大小寫不能打錯。

首先用XOpenDisplay()產生一個型態為Display*的變數，代表一條跟server的連線，之後送指令給server，以及接收server傳來的事件都要用這個變數。

再用XCreateSimpleWindow()產生一個Window型態的變數。
至於Window是什麼，翻X.h可以看出它是跟所在平台的指標一樣大的整數，具體意義大概要看X Window的內部構造才知道。
參數如下
1：上面建立的dsp。
2：上層視窗，這裡填root window，也就是代表整個螢幕的視窗。
3~6：x坐標,y坐標,寛,高。
7~9：border_width, border, background，此例沒用到所以都填0。

附帶一提，在X Window要使用OpenGL，必須準備的東西就是Display*和Window，之後把這兩個丟給OpenGL的初始化函式。

光是這樣視窗還不能出現在畫面上，接下來要用XMapWindow()送放置視窗的命令給server。
命令不會自動送出去，要呼叫XFlush()送出。
下一行pause()是暫停讓我們看到結果，否則程式立刻往下執行到結束就看不到了。

用這個指令build

gcc window.c -o window -Os -s -lX11

用IDE的話連結到libX11這個函式庫。

用命令列打./window執行，或是在檔案管理器用滑鼠點檔案執行。


可看到以下現象

1.Linux的程式沒有命令列和視窗模式之分，執行時不會出現命令列視窗。
如果程式有用printf輸出東西，要從命令列執行才看得到，點滑鼠執行就看不到了。
(所以Cyber Sprite Linux版出問題的時候，我會叫玩家用命令列執行看看，這樣才看得到訊息)

2.視窗工作區域就是200×200了，不用計算邊框的寬度，client的管轄範圍只有視窗工作區域，邊框是由window manager管轄。

3.視窗移動、關閉的事件都是在server處理，client不用跑迴圈處理事件。
但因此我們寫的程式不知道視窗何時關閉，這個例子按╳按鈕關視窗也不會結束程式，命令列要按Ctrl+C結束程式，如果是點滑鼠執行則process會殘留在系統裡，要開系統監控工具找到process將它砍掉。

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接下來要改良第三點，加入事件處理的功能，叫server做某些事的時候通知client，並且加上標題。

#include<X11/Xutil.h> //間接引用Xlib.h #include<stdio.h> int main(){   Display* dsp = XOpenDisplay(NULL);   Window window = XCreateSimpleWindow(dsp,     DefaultRootWindow(dsp),     100,100,200,200, //x,y,w,h     0,0, //border     0); //backgd   //設定事件mask   const int eventMask=KeyPressMask;   XSelectInput(dsp, window, eventMask);   Atom wmDelete=XInternAtom(dsp,"WM_DELETE_WINDOW",False);   XSetWMProtocols(dsp, window, &wmDelete, 1);   //設標題   XStoreName(dsp, window, "title");   XMapWindow(dsp,window);   //接收事件   XEvent evt;   int isRunning=1;   while(isRunning){     XNextEvent(dsp,&evt);     switch(evt.type){     case KeyPress:       printf("key code %u\n",evt.xkey.keycode);       break;     case ClientMessage:       if(evt.xclient.data.l[0]==wmDelete){         XDestroyWindow(dsp, window);         XFlush(dsp);         isRunning=0;       }       break;     }   }   XCloseDisplay(dsp);   return 0; }

建出視窗後要告訢server我們想接收哪些事件，這裡註冊了兩種事件。
第一種是server通知client的事件，宣告一個整數event mask再用XSelectInput()傳給server。這裡只註冊一個鍵盤按下事件的mask，如果有多個mask就用位元or將它們同時開啟。
第二種是client之間溝通的事件，視窗關閉是由window manager管轄，而window manager是另一個client，要用client之間溝通的方法。
使用XInternAtom和XSetWMProtocols兩個函式，WM_DELETE_WINDOW代表按╳按鈕時發個訊息通知我們寫的程式，但不會立刻關閉視窗，要手動呼叫XDestroyWindow()關視窗，這可以用在關視窗前跳一個確認訊息。(WM=window manager)

設定標題之後進入事件處理迴圈，XNextEvent()會讓程式停住直到有事件進來，這個函式同時有XFlush()的作用所以不用呼叫XFlush()了。
evt儲存了事件資訊，根據evt.type判斷是哪一種事件做不同處理。
查XEvent的定義可看到如下

typedef union _XEvent {   int type;   XAnyEvent xany;   XKeyEvent xkey;   XButtonEvent xbutton;   ……   XClientMessageEvent xclient;   XMappingEvent xmapping;   XErrorEvent xerror; } XEvent;

是個union，xkey、xbutton、xclient這些struct都佔用相同空間，先檢查type的值再看要把這一塊資料解釋為哪個struct。

KeyPress是鍵盤按鈕按下，從evt.xkey取得按鈕的編號並用printf印出。
ClientMessage是client之間的訊息，前面註冊了WMProtocol，所以按╳時會執行到這一段，用if確認事件內容是"WM_DELETE_WINDOW"。
特別用isRunning=0是因為C語言的語法，如果在這裡寫break只能跳出switch，不能跳出while迴圈，所以用一個變數做記號再用它判斷跳出迴圈。

這個程式關視窗就可以讓程式結束了。

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X Window能做的事比Windows API少得多，它的「視窗」只有在螢幕上開一塊矩形區域，沒有內建按鈕、下拉式選單等元件，畫出元件還有按鍵盤滑鼠之後發生什麼事得自行處理，這部分留給其他擴充函式庫實作。

遊戲只要開一塊矩形區域，之後畫圖、處理事件都是自己來，使用Xlib比較好，用直接的方法做事可減少多餘的東西，想用各種視窗元件的話就得用GTK、QT之類的framework。

本篇做的事還比較簡單，之後要做改變視窗大小、全螢幕模式就很難搞了。X Window難搞的地方除了它是client、server非同步執行以外，還有說明文件很少，這篇是我找到唯一解釋比較清楚的。
https://tronche.com/gui/x/
Xlib官網的說明也跟這篇差不多
https://www.x.org/wiki/ProgrammingDocumentation/
只看文件還是不知道怎麼寫X Window程式，我是看SDL的程式碼，看它在Linux怎麼架視窗才寫出來。

另外查到有個用來取代X Window的顯示系統wayland，用了或許有好處，可是有著比X Window還大的問題：說明文件更少，不知道程式該從何寫起，就決定先不理它。