Создание графических приложений
Цилюрик О.И.
Настоящая статья является дополнением к книге «Инструменты Linux для Windows-программистов». Это не описание как делать GUI приложения в Linux, это описание того, как ПРИСТУПИТЬ к созданию графических приложений в Linux, и, хотелось бы надеяться что это прозвучит — чем принципиально программирование графики в Linux отличается от того же занятия в Windows. Главным требованием здесь была простота. Сделав простейший шаблон GUI прложения, дальше двигаться уже гораздо проще. Кроме того, все эти простейшие приёмы программирования показаны сравнительно: на основе основных графических технологий (библиотек), используемых в UNIX.
Все примеры к тексту вы можете скачать в виде общего архива.
Создание приложений, взаимодействующих с пользователем посредством графического интерфейса (GUI приложений), является частным классом задач, отдельной областью программирования. Из числа других подобных областей приложения можно было бы привести, как примеры:
- реализация алгоритмов цифровой обработки сигналов (DSP): быстрые спектральные преобразования (FFT и другие), вэйвлеты, авторегрессионные разложения. ;
- обработка аудио-потоков (пакеты: sox, ogg, speex и другие);
- задачи IP-телефонии, SIP протокола, реализация разнообразных программных SoftSwitch;
Это сравнительный ряд автономных областей развития приведен как пример таких частных классов, одним из которых является и разработка GUI приложений. И как частный класс, со своей спецификой инструментов и средств, он не заслуживал бы отдельного упоминания, если бы не одно обстоятельство — принципиально отличающееся, диаметрально противоположное отношение к GUI в операционных системах семейства Windows и в UNIX (и в Linux, как его частный вид):
- В Windows каждое приложение является принципиально GUI, неотъемлемым атрибутом любого приложения в Win32 API (низкого уровня) является главное окно приложения, уже само приложение «вяжется» вокруг его главного окна. Операционная система регистрирует классы окон и уже далее к ним соотносит конкретные приложения. Не может существовать приложения (взаимодействующего с пользователем, не системные службы) без окна, с этим были связаны и первоначальные сложности Windows в реализации консольных (терминальных) приложений.
- в UNIX картина принципиально обратная: первичным является приложение, которое, по умолчанию, является консольным, текстовым, вся графическая система не является составной частью операционной системы, а является надстройкой пользовательского уровня. Чаще всего такой графической надстройкой является X11 (в реализации Xorg или X11R5), но и это не обязательно: практиковались и другие графические системы, хороший пример тому графические системы Qwindow, а затем Photon в операционной системе QNX, сосуществующие там одновременно с X11.
- Показательно в этом смысле то, что вся оригинальная часть реализации X11 работает в пространстве пользователя, не в привилегированном режиме ядра (супервизора): работа с аппаратурой видеоадаптеров, устройствами ввода и другое. Отдельные реализации (видеосистемы NVIDIA или ATI Radeon) могут быть реализованы в режиме ядра (модули), но это а) сторонние относительно X11 разработки, и б) решение вопросов только производительности.
Из-за обозначенной специфики, разработка GUI приложений в UNIX (Linux) принципиально отличается:
- вся работа GUI приложений ведётся через промежуточные слои (библиотеки) пользовательского уровня;
- из-за того, что это ординарный пользовательский уровень, для разработчика предлагается широкий спектр альтернативных инструментов (библиотек), практически равнозначных, и конкурирующих друг с другом: Xlib, GTK+, Qt, wxWorks и многие другие.
- базовый API работы с X11 предоставляет Xlib, все другие используют уже её функционал, как это показано на рисунке.
- разработчик имеет возможность широкого выбора тех уровня и инструментов, которые он предполагает использовать, начиная от Xlib и выше (хотя уровень Xlib и слишком низок и работа с ним громоздкая).
Из-за названной специфики GUI приложений в Linux, все они, независимо от используемых средств создания, имеют абсолютно сходную структуру. Рассмотрим, для сравнения, код нескольких простейших GUI приложений, подготовленных с помощью различных инструментов. Важнейшей задачей такой экспозиции будут команды компиляции и сборки, чтобы, исходя из таких примеров, показать возможность начать создавать свои собственные GUI приложения.
Средства Xlib (архив Xlib.tgz ):
Средства GTK+ (архив GTK+.tgz ):
$ gcc gtk.c -o gtk `pkg-config —cflags —libs gtk+-2.0`
Средства Qt (архив Qt.tgz ):
Средства Qt предполагают написание приложений на языке С++, и имеют развитый инструментарий, в частности, построения сценария сборки приложения. Создадим в рабочем каталоге (изначально пустом) файл исходного кода приложения с произвольным именем:
Теперь проделываем последовательно:
Исходя из «подручных» файлов исходных кодов, у нас сгенерировался файл проекта и, далее, сценарий сборки ( Makefile ). Далее проделываем традиционную сборку, а заодно и посмотрим опции компиляции и сборки, которые нам сгенерировал проект:
g++ -c -pipe -Wall -W -O2 -g -pipe -Wall -Wp,-D_FORTIFY_SOURCE=2 -fexceptions -fstack-protector —param=ssp-buffer-size=4 -m32 -march=i686 -mtune=atom -fasynchronous-unwind-tables
g++ -o Qt index.o -L/usr/lib/qt-3.3/lib -lqt-mt -lXext -lX11 -lm
index.cc index.o Makefile Qt Qt.pro
Средства wxWidgets (архив wxWidgets.tgz):
$ g++ simple.cc `wx-config —cxxflags` `wx-config —libs` -o simple
Средства GLUT (архив glut.tgz):
OpenGL Utility Toolkit, как и следует из названия, это средства использования технологии OpenGL в приложениях, которая требует определённой поддержки со стороны видео оборудования.
$ gcc glut.c -o glut -lX11 -lglut
То, что показано выше, это фактически не приложения, а скелеты приложений, но они позволяют: а) сравнить подобие всех GUI технологий в X11, и б) быть отправной точкой для сборки более содержательных GUI приложений. Показано только несколько GUI технологий, применяемых в X11 (большинство из них являются кросс-платформенными, и применимы в большинстве существующих операционных систем). Каждая из этих технологий, а названы только немногие из значительно большего числа, присутствующих в UNIX, могут быть полной альтернативой любой другой из этого же ряда, они взаимно заменимы, и даже взаимно дополняемые.
В данной статье были показаны образцы кода GUI приложений. Естественно, визуальные образы таких приложений строятся не путём непосредственного кодирования, а при использовании некоторых визуальных построителей, в составе тех или иных интегрированных средств разработки (IDE).
Источник
Программирование под Linux
Все действия в операционной системе выполняются с помощью программ, поэтому многим новичкам интересно не только использовать чужие программы, а писать свои. Многие хотят внести свой вклад в кодовую базу OpenSource.
Это обзорная статья про программирование под Linux. Мы рассмотрим какие языки используются чаще всего, рассмотрим основные понятия, а также возможности, разберем как написать простейшую программу на одном из самых популярных языков программирования, как ее вручную собрать и запустить.
1. На чем пишут программы?
Исторически сложилось так, что ядро Unix было написано на языке Си. Даже более того, этот язык был создан для написания ядра Unix. Поскольку ядро Linux было основано на ядре Minix (версии Unix), то оно тоже было написано на Си. Поэтому можно сказать, что основной язык программирования для Linux это Си и С++. Такая тенденция сохранялась на протяжении долгого времени.
А вообще, писать программы для Linux можно почти на любом языке начиная от Java и Python и заканчивая С# и даже Pascal. Для всех языков есть компиляторы и интерпретаторы. Писать программы на С++ сложно, а Си многими уже считается устаревшим, поэтому множество программистов используют другие языки для написания программ. Например, множество системных инструментов написаны на Python или Perl. Большинство программ от команды Linux Mint, установщик Ubuntu и некоторые скрипты apt написаны на Python. Множество скриптов, в том числе простые скрипты оптимизации написаны на Perl. Иногда для скриптов используется Ruby. Это скрипты OpenShift или, например, фреймворк Metasploit. Некоторые разработчики кроссплатформенных программ используют Java. Но основные компоненты системы написаны все же на Си.
Мы не будем рассматривать основы Си в этой статье. Си — сложный язык и вам понадобится прочитать как минимум одну книгу и много практиковаться чтобы его освоить. Мы рассмотрим как писать программы на Си в Linux, как их собирать и запускать.
2. Библиотеки
Естественно, что если вам необходимо вывести строку или изображение на экран, то вы не будете напрямую обращаться к видеокарте. Вы просто вызовете несколько функций, которые уже реализованы в системе и передадите им данные, которые нужно вывести на экран. Такие функции размещаются в библиотеках. Фактически, библиотеки — это наборы функций, которые используются другими программами. В них находится такой же код, как и в других программах, разница лишь в том, там необязательно присутствие функции инициализации.
Библиотеки делятся на два типа:
- Статические — они связываются с программой на этапе компиляции, они связываются и после этого все функции библиотеки доступны в программе как родные. Такие библиотеки имеют расширение .a;
- Динамические — такие библиотеки встречаются намного чаще, они загружены в оперативную память, и связываются с программной динамически. Когда программе нужна какая-либо библиотека, она просто вызывает ее по известному адресу в оперативной памяти. Это позволяет экономить память. Расширение этих библиотек — .so, которое походит от Shared Object.
Таким образом, для любой программы на Си нужно подключать библиотеки, и все программы используют какие-либо библиотеки. Также важно заметить, на каком языке бы вы не надумали писать, в конечном итоге все будет сведено к системным библиотекам Си. Например, вы пишите программу на Python, используете стандартные возможности этого языка, а сам интерпретатор уже является программой на Си/С++, которая использует системные библиотеки для доступа к основным возможностям. Поэтому важно понимать как работают программы на Си. Конечно, есть языки, вроде Go, которые сразу переводятся на ассемблер, но там используются принципы те же, что и здесь. К тому же системное программирование linux, в основном, это Си или С++.
3. Процесс сборки программы
Перед тем как мы перейдем к практике и создадим свою первую программу, нужно разобрать как происходит процесс сборки, из каких этапов он состоит.
Каждая серьезная программа состоит из множества файлов, это файлы исходников с расширением .c и заголовочные файлы с расширением .h. Такие заголовочные файлы содержат функции, которые импортируются в программу из библиотек или других файлов .с. Перед тем. как компилятор сможет собрать программу и подготовить ее к работе, ему нужно проверить действительно ли все функции реализованы, доступны ли все статические библиотеки и собрать ее в один файл. Поэтому, первым делом выполняется препроцессор, который собирает исходный файл, выполняются такие инструкции, как include для включения кода заголовочных файлов.
На следующем этапе к работе приступает компилятор, он выполняет все необходимые действия над кодом, разбирает синтаксические конструкции языка, переменные и преобразовывает все это в промежуточный код, а затем в код машинных команд, который мы можем потом посмотреть на языке ассемблера. Программа на этом этапе называется объектный модуль и она еще не готова к выполнению.
Далее к работе приступает компоновщик. Его задача связать объектный модуль со статическими библиотеками и другими объектными модулями. Для каждого исходного файла создается отдельный объектный модуль. Только теперь программа может быть запущена.
А теперь, давайте рассмотрим весь єтот процесс на практике с использованием компилятора GCC.
4. Как собрать программу
Для сборки программ в Linux используется два типа компиляторов, это Gcc и Clang. Пока что GCC более распространен, поэтому рассматривать мы будем именно его. Обычно, программа уже установлена в вашей системе, если же нет, вы можете выполнить для установки в Ubuntu:
Перед тем как мы перейдем к написанию и сборке программы, давайте рассмотрим синтаксис и опции компилятора:
$ gcc опции исходный_файл_1.с -o готовый_файл
С помощью опций мы говорим утилите что нужно сделать, какие библиотеки использовать, затем просто указываем исходные файлы программы. Давайте рассмотрим опции, которые будем сегодня использовать:
- -o — записать результат в файл для вывода;
- -c — создать объектный файл;
- -x — указать тип файла;
- -l — загрузить статическую библиотеку.
Собственно, это все самое основное, что нам понадобится. Теперь создадим нашу первую программу. Она будет выводить строку текста на экран и чтобы было интереснее, считать квадратный корень из числа 9. Вот исходный код:
printf(«Корень: %fn», sqrt(9));
Я специально добавил функцию корня чтобы показать как работать с библиотеками. Сначала нужно собрать объектный файл. Перейдите в папку с исходниками и выполните:
Это этап компиляции, если в программе нет ошибок, то он пройдет успешно. Если исходных файлов несколько, то такая команда выполняется для каждого из них. Далее выполняем линковку:
Обратите внимание на опцию -l, с помощью нее мы указываем какие библиотеки нужно подключить, например, здесь мы подключаем библиотеку математических функций, иначе компоновщик просто не найдет где есть та или иная функция. Только после этого можно запустить программу на выполнение:
Конечно, все эти действия могут быть выполнены и с помощью различных графических сред, но выполняя все вручную, вы можете лучше понять как все работает. С помощью команды ldd вы можете посмотреть какие библиотеки использует наша программа:
Это две библиотеки загрузчика, стандартная libc и libm, которую мы подключили.
5. Автоматизация сборки
Когда мы рассматриваем программирование под Linux невозможно не отметить систему автоматизации сборки программ. Дело в том, что когда исходных файлов программы много, вы не будете вручную вводить команды для их компиляции. Можно записать их один раз, а затем использовать везде. Для этого существует утилита make и файлы Makefile. Этот файл состоит из целей и имеет такой синтаксис:
В качестве зависимости цели может быть файл или другая цель, основная цель — all, а команда выполняет необходимые действия по сборке. Например, для нашей программы Makefile может выглядеть вот так:
gcc -lm program.o -o program
gcc -c program.c -o program.o
Затем вам достаточно выполнить команду make для запуска компиляции, только не забудьте удалить предыдущие временные файлы и собранную программу:
Программа снова готова и вы можете ее запустить.
Выводы
Создание программ Linux очень интересно и увлекательно. Вы сами убедитесь в этом, когда немного освоитесь в этом деле. Сложно охватить все в такой небольшой статье, но мы рассмотрели самые основы и они должны дать вам базу. В этой статье мы рассмотрели основы программирования в linux, если у вас остались вопросы, спрашивайте в комментариях!
Курс программирования на Си под Linux:
Источник
