|
|
Close Help | ||||||||||||||
|
|
|
Close Help | ||||||||||||||
Хотя многие профессиональные программисты, работающие в среде ОС UNIX, и сегодня предпочитают пользоваться традиционными строчными средствами взаимодействия с системой, широкое распространение относительно недорогих цветных графических терминалов с высоким качеством разрешения привело к тому, что во всех современных вариантах ОС UNIX поддерживаются графические интерфейсы пользователя с системой, а пользователям предоставляются инструментальные средства для разработки графических интерфейсов с разрабатываемыми ими программами. С точки зрения конечного пользователя средства графического интерфейса, поддерживаемого в разных вариантах ОС UNIX, да и в других системах (например, MS Windows или Windows NT), примерно одинаковы по своему стилю.
Во-первых, во всех случаях поддерживается многооконный режим работы с экраном терминала. В любой момент времени пользователь может образовать новое окно и связать его с нужной программой, которая работает с этим окном как с отдельным терминалом. Окна можно перемещать, изменять их размер, временно закрывать и т.д.
Во-вторых, во всех современных разновидностях графического интерфейса поддерживается управление мышью. В случае ОС UNIX часто оказывается, что обычной клавиатурой терминала пользуются только при переходе к традиционному строчному интерфейсу (хотя в большинстве случаев по крайней мере в одном окне терминала работает один из командных интерпретаторов семейства shell).
В-третьих, такое распространение "мышиного" стиля работы оказывается возможным за счет использования интерфейсных средств, основанных на пиктограммах (icons) и меню. В большинстве случаев, программа, работающая в некотором окне, предлагает пользователю выбрать какую-либо выполняемую ей функцию либо путем отображения в окне набора символических образов возможных функций (пиктограмм), либо посредством предложения многоуровневого меню. В любом случае для дальнейшего выбора оказывается достаточным управления курсором соответствующего окна с помощью мыши.
Наконец, современные графические интерфейсы обладают "дружественностью по отношению к пользователю", обеспечивая возможность немедленного получения интерактивной подсказки по любому поводу. (Наверное, правильнее было бы сказать, что хорошим стилем программирования с использованием графических интерфейсов является стиль, при котором такие подсказки реально обеспечиваются.)
После перечисления всех этих общих свойств современных средств графического интерфейса может возникнуть естественный вопрос: Если в области графических интерфейсов существует такое единообразие, что особенное может быть сказано по поводу графических интерфейсов в среде ОС UNIX? Ответ достаточно прост. Да, конечный пользователь действительно в любой сегодняшней системе имеет дело примерно с одним и тем же набором интерфейсных возможностей, но в разных системах эти возможности достигаются по-разному. Как обычно, преимуществом ОС UNIX является наличие стандартизованных технологий, позволяющих создавать мобильные приложения с графическими интерфейсами.
В этой части курса мы рассмотрим базовый механизм ОС UNIX для организации оконных графических интерфейсов на основе использования разнообразных графических терминалов (оконную систему X), а также два распространенных инструментальных пакета, предназначенных для облегчения разработки графического интерфейса с прикладной программой (индустриальный, используемый сегодня практически во всех вариантах ОС UNIX пакет Motif и свободно распространяемый пакет Tcl/Tk). Каждая из упомянутых тем настолько обширна, что полная информация занимает несколько толстых книг; по поводу каждой из тем можно было бы провести отдельный курс лекций. Поэтому здесь мы приводим только краткий обзор, целью которого является создание общего представления о методах и средствах организации графического интерфейса в среде ОС UNIX.
Понятно, что для нормальной организации работы пользовательских программ с графическими терминалами (если учитывать отмеченные выше стандартные требования к графическому интерфейсу) требуется наличие некоторого базового слоя программного обеспечения, скрывающего аппаратные особенности терминала; обеспечивающего создание окон на экране терминала, управление этими окнами и работу с ними со стороны пользовательской программы; дающего возможность пользовательской программе реагировать на события, происходящие в соответствующем окне (ввод с клавиатуры, движение курсора, нажатие клавиш мыши и т.д.). Такой базовый слой графического программного обеспечения принято называть оконной системой.
В мире ОС UNIX предпринималось несколько попыток создания оконных систем, и большинство из них успешно использовалось практически (упомянем, например, оконную систему NeWS компании Sun Microsystems, интерфейс которой основывался на использовании языка Postscript). Однако ни одна из этих систем не выходила за пределы ведомственного использования, что, естественно, резко ограничивало мобильность программ, обладающих графическим интерфейсом. Успеха удалось добиться группе молодых исследователей и программистов из Масачусетского технологического института, которые создали оконную систему под кратким и предельно скромным названием X (кстати, именно так правильно называть систему; по-английски ее грамотно называют не X-Window, а X window system, т.е. "оконная система X"). В настоящее время оконная система X является фактическим стандартом опорных средств графического интерфейса. Система X, дополнительные библиотеки, а также ряд готовых интерфейсных средств распространяются MIT бесплатно (относясь к категории public domain). В то же время сегодня именно оконная система X является базовым механизмом организации графических интерфейсов пользователя в большинстве UNIX-систем.
Как кажется, оконная система X победила потому, что организация системы очень точно соответствует общей идеологии ОС UNIX. UNIX - это традиционно сетевая операционная система. Девиз Билла Джоя и всей компании Sun Microsystems "The Network is the Computer - Сеть - это компьютер" - в полной мере относится к направлению ОС UNIX в целом. Популярная ныне архитектура организации программно-аппаратных средств "клиент-сервер" всегда была совершенно естественной в мире UNIX. Специализация и разделение функций в сети - это и значит, что для пользователя компьютер и сеть неразличимы.
На этих идеях построена и оконная система X. Поскольку ОС UNIX является интерактивной операционной системой, то каждый работающий в системе пользователь взаимодействует с системой через предоставленный ему терминал (скорее всего, рабочую станцию) и, вообще говоря, вызывает программы, которые будут выполняться на других компьютерах локальной или территориально распределенной сети. Именно эти программы обеспечивают интерфейс с данным пользователем, т.е. они должны иметь возможность работать с терминалом пользователя вне зависимости от того, где они выполняются. Более того, чтобы возможности графического интерфейса этих программ удовлетворяли общим требованиям, нужно, чтобы программы могли не заботиться о таких деталях, как многооконная организация экрана, текущее расположение окон, управление мышью и т.д.
Оконная система X предоставляет в точности требуемые возможности. На стороне пользовательского терминала находится сервер системы X, обеспечивающий единообразное управление графическим терминалом вне зависимости от его специфических аппаратных характеристик. В других компьютерах сети (которые, фактически, являются серверами с точки зрения организации вычислительного процесса) установлены клиентские части системы X, создающие впечатление у выполняемой программы, что она взаимодействует с локальным терминалом, а на самом деле поддерживающие точно специфицированный протокол взаимодействий с сервером системы X.
Как видно из материала предыдущего пункта, клиентская и серверная части оконной системы X, хотя в целом соответствуют идеологии архитектуры "клиент-сервер", обладают тем своеобразием, что серверная часть системы находится вблизи пользователя (т.е. основного клиента вычислительной сети), а клиентская часть системы базируется на мощных серверах сети. Конечно, система X обладает достаточной гибкостью, чтобы допустить расположение серверной и клиентской частей системы в одном компьютере, в разных компьютерах одной локальной сети и удаленных компьютерах, входящих в состав территориально распределенной сети. В зависимости от конфигурации системы X-сервер может обслуживать один или несколько графических экранов, клавиатуру и мышь, реально представляя собой процесс, группу процессов или выделенное компьютерное устройство (X-терминал).
Для обеспечения требуемой гибкости, взаимодействия клиентской и пользовательской частей системы X по мере возможностей не должны были зависеть от используемых сетевой среды передачи данных и сетевых протоколов. Конечно, полная независимость - это теоретически недостижимая цель (всегда и везде), но что касается системы X, то она действительно умеет работать в большинстве распространенных сетевых сред (в том числе, естественно, в стандартных для ОС UNIX сетях, основанных на семействе протоколов TCP/IP).
Основой взаимодействия между клиентом и сервером оконной системы X является так называемый X-протокол, представляющий собой точную спецификацию допустимых запросов от клиента к серверу и допустимых ответов сервера к клиенту. Как указывается в документации оконной системы X, Х-протокол обладает следующими особо привлекательными качествами:
Одним из клиентов оконной системы обычно является так называемый "оконный менеджер" (window manager). Это специально выделенный клиент оконной системы, обладающий полномочиями на управление расположением окон на экране терминала. Некоторые из возможностей X-протокола (связанные, например, с перемещением окон) доступны только клиентам с полномочиями оконного менеджера. Во всем остальном оконный менеджер является обычным клиентом.
Понятно, что теоретически любая прикладная программа, которой требуется взаимодействовать с X-сервером, могла бы работать с ним, обмениваясь сообщениями в соответствии с X-протоколом. Однако, конечно же, это неудобно. Для выполнения любого, самого простого действия с терминалом клиенту требуется обменяться несколькими сообщениями с X-сервером, причем для наиболее распространенных действий последовательность таких сообщений предопределена.
Библиотека Си-функций, которая поставляется вместе с оконной системой X и облегчает взаимодействие Си-программы с X-сервером в соответствии с X-протоколом, называется XLib. Сам X-протокол достаточно компактен, поскольку в нем специфицированы мелкие сообщения, которые, как правило, можно реально использовать только в некоторых комбинациях. XLib - это уже довольно большая библиотека (в документации системы X ее описание занимает отдельный солидный том). Это потому, что каждая функция библиотеки XLib основана на использовании нескольких протокольных сообщений (а после этого общее количество функций XLib определяется законами комбинаторики). Вместе с тем, XLib - это всего-навсего интерфейсная библиотека над X-протоколом. Если не подниматься над уровнем XLib, то для создания любого графического объекта или сценария графического протокола в каждой прикладной программе придется повторять примерно одни и те же последовательности вызовов функций XLib.
Уровнем, который позволяет использовать ранее созданные графические образы и/или заготовки интерфейсов, является библиотека Xt (X Toolkit) Intrinsics. Эта библиотека служит для создания и использования уже существующих элементов пользовательского интерфейса, называемых виджетами (widgets). Виджет - это параметризуемая заготовка части пользовательского интерфейса (кнопка, часть меню, пиктограмма и т.д.), привязываемая к окну экрана терминала. Библиотека Xt Intrinsics выполнена в объектно-ориентированном стиле, так что каждый виджет представляет собой класс, который может использоваться для порождения новых классов, представляющих собой комбинированные виджеты и т.д.
По своим идеям Xt Intrinsics является мощным средством разработки пользовательских графических интерфейсов. Однако эта библиотека разрабатывалась в MIT и в основном являлась исследовательским прототипом. Хотя несколько компаний представили в public domain собственные наборы виджетов, их общее количество оказывается недостаточным для быстрого и качественного производства графических пользовательских интерфейсов. Это позволило занять лидирующее положение на коммерческом рынке инструментальному пакету консорциума Open Software Foundation (OSF) Motif.
Основное назначение тех средств разработки пользовательских графических интерфейсов, которые разрабатываются и поставляются отдельно от оконной системы, является облегчение создания нового графического интерфейса за счет использования существующих параметризованных заготовок. Как видно, в принципе это те же самые идеи, на которых основана объектно-ориентированная библиотека оконной системы X Xt Intrinsics.
И действительно, наиболее распространенный пакет, предназначенный для быстрой и качественной разработки графических пользовательских интерфейсов, Motif, который был спроектирован и разработан в северо-американском консорциуме OSF, в основном является развитием идей Xt Intrinsics. Motif является сугубо коммерческим продуктом. Дело дошло до того, что компания OSF запатентовала внешний интерфейс продуктов, входящих в состав Motif, чтобы не дать кому-нибудь возможность воспроизвести этот интерфейс.
Это привело к настоящему скандалу в сообществе американских программистов, потому что создало опасный прецедент патентования интерфейсов. Если можно закрыть своим авторским правом возможность повторения графического интерфейса, то почему нельзя запатентовать синтаксис языка программирования, интерфейс операционной системы и т.д.? Однако строгость американских законов не оправдывается необязательностью их исполнения, и поэтому недовольные свободолюбивые американские программисты ропчат, но терпят, а тем временем пытаются сагитировать восточно-европейских программистов (не так сильно зависящих от американских законов) на нелегальную свободно доступную реализацию интерфейсов Motif.
С другой стороны, сравнительно недавно (4-5 лет тому назад) в Калифорнийском университете г. Беркли был создан альтернативный механизм под названием Tcl/Tk. Этот механизм основан на наличии специализированного командного языка, предназначенного для описания графических пользовательских интерфейсов, соответствующего интерпретатора и библиотеки ранее разработанных заготовок интерфейсов. Пакет Tcl/Tk распространяется (вместе с полной документацией) свободно, и многие профессиональные программисты находят его более удобным, чем Motif.
Motif (официальное название этого продукта - OSF/Motif) представляет собой программный пакет, включающий оконный менеджер, набор вспомогательных утилит, а также библиотеку классов, построенных на основе Xt Intrinsics. Для конечных пользователей оконных систем, опирающихся на Motif, основной интерес представляет менеджер окон, хотя, скорее всего, вы не сможете определить, применяется ли оконный менеджер Motif в используемой вами установке.
Для разработчиков же графических интерфейсов важны все три компонента Motif. Новый интерфейс разрабатывается в графическом же режиме с использованием оконного менеджера. При этом полезно использование утилит Motif и необходимо использование библиотеки классов Motif.
Библиотека классов Motif является расширением библиотеки Xt Intrinsics с целью предания этой библиотеке практического смысла (по-другому можно сказать, что Motif - это то, чем должен был бы быть Xt, если бы при его создании ставились коммерческие цели). Все графические объекты (правильнее сказать, классы) Xt Intrinsics включаются в библиотеку классов Motif, хотя в ней используются другие имена.
Но Motif существенно расширяет возможности Xt Intrinsics. В его библиотеке поддерживается большое число классов, позволяющих создавать меню, "нажимаемые" кнопки и т.д. Основное назначение этих классов - определение новых виджетов, связанных с окнами.
Однако в Motif поддерживается и новый вид графических объектов (их классов) - так называемые гаджеты (gadgets). Гаджет отличается от виджета тем, что соответствующий класс также может использоваться для создания элементов интерфейса, но графический объект не привязывается к определенному окну. При отображении на экран гаджета используется окно объекта, относящегося к суперклассу класса гаджета.
Понятно, что здесь мы не можем привести подробное описание Motif (еще раз повторим, что соответствующий материал содержится в нескольких солидных книгах). Однако основная идея должна быть понятна: развитая библиотека классов языка Си++, возможности применения этих классов при использовании обычного стиля программирования и поддержка визуального программирования с немедленным отображением получающихся графических объектов.
Продукт Tcl/Tk в действительности представляет собой два связанных программных пакета, которые совместно обеспечивают возможность разработки и использования приложений с развитым графическим пользовательским интерфейсом. Название Tcl относится к "командному языку инструментальных средств - tool command language", и, как не странно, его рекомендуется произносить "тикл". Это простой командный язык для управления приложениями и расширения их возможностей. Язык Tcl является "встраиваемым": его интерпретатор реализован в виде библиотеки функций языка Си, так что интерпретатор может быть легко пристыкован к любой прикладной программе, написанной на языке Си.
Tk (рекомендуемое произношение - "ти-кей") является библиотекой Си-функций, ориентированной на облегчение создания пользовательских графических интерфейсов в среде оконной системы X (т.е., по сути дела, некоторый аналог Xt Intrinsics). С другой стороны, аналогично тому, как это делается в командных языках семейства shell, функции библиотеки Tk являются командами языка Tcl, так что любой программист может расширить командный репертуар языка Tcl путем написания новой функции на языке Си.
Совместно, Tcl и Tk обеспечивают четыре преимущества для разработчиков приложений и пользователей (мы используем здесь авторские тексты разработчиков). Во-первых, наличие командного языка Tcl дает возможность в каждом приложении использовать мощный командный язык. Все, что требуется от разработчика приложения, чтобы удовлетворить его/ее специфические потребности, - это создать несколько новых команд Tcl, требующихся приложению (и, возможно, другим приложениям - явно традиционный стиль командного программирования в ОС UNIX). После этого нужно связать прикладную программу с интерпретатором Tcl и пользоваться полными возможностями командного языка.
Вторым преимуществом использования Tcl/Tk является возможность быстрой разработки графических интерфейсов. Многие интересные оконные приложения могут быть написаны в виде скриптов языка Tcl без привлечения языков Си или Си++ (а Tcl позволяет скрыть многие несущественные детали). Как утверждают разработчики Tcl/Tk, пользователи оказываются способными к созданию новых графических интерфейсов уже после нескольких часов знакомства с продуктом. Другой особенностью языка Tcl, способствующей быстрой разработке оконных приложений, является то, что язык является интерпретируемым. Можно опробовать новую идею интерфейса, выражающуюся в сотнях или тысячах строк кода на языке Tcl, без потребности вызова новых программных средств, путем простого нажатия на клавишу мыши (не наблюдая существенных задержек при использовании современных рабочих станций).
Третьим преимуществом языка Tcl является то, что его можно применять в качестве языка "склейки" приложений. Например, любое основанное на Tcl и использующее Tk оконное приложение может направить свой скрипт любому другому аналогично ориентированному приложению. С использованием Tcl/Tk можно создавать приложения, работающие в стиле мультимедиа, и опять же они смогут обмениваться скриптами, поскольку пользуются общим интерпретатором командного языка Tcl и общей внешней библиотекой Tk.
Наконец, четвертым удобством интегрированного пакета Tcl/Tk является удобство пользователей. Для написания нового приложения в среде Tcl/Tk достаточно выучить несколько совершенно необходимых команд, и этого окажется достаточно. Другими словами оказывается возможным инкрементальный (пошаговый) стиль погружения в предмет. Такая возможность всегда радует сердце и греет душу.
Впрочем, заметим, что далеко не все программисты разделяют выраженное выше глубоко радостное отношение разработчиков Tcl/Tk к своему продукту.
