胡澤明，李婧

(1.信息工程大學(xué) 信息系統(tǒng)工程學(xué)院，鄭州 450002；2.河南省水利信息中心)

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開源GTK向?qū)浇缑婵丶脑O(shè)計(jì)與制作

胡澤明1，李婧2

(1.信息工程大學(xué) 信息系統(tǒng)工程學(xué)院，鄭州 450002；2.河南省水利信息中心)

輕量級開源GTK平臺是Linux下開發(fā)圖形界面的應(yīng)用程序主流開發(fā)工具之一，目前廣泛應(yīng)用的GTK2.0版本未提供向?qū)浇缑婵丶?，本文深入分析向?qū)浇缑娴牟季植⑻崛∑涔残裕Y(jié)合GTK常規(guī)控件設(shè)計(jì)制作了向?qū)浇缑婵丶?，并提供用戶區(qū)布局控件接口供用戶調(diào)用填充內(nèi)容，不僅提供了一致性界面風(fēng)格，且進(jìn)一步提升了GTK向?qū)浇缑娴木帉懶省ＴO(shè)計(jì)實(shí)例表明，該設(shè)計(jì)方法功能正確、靈活性強(qiáng)、代碼復(fù)用率高，對基于GTK開發(fā)自定義控件以滿足應(yīng)用需求具有重要的指導(dǎo)意義。

輕量級GUI；開源GTK；API界面編程；向?qū)浇缑?/p>

引 言

GTK+(GIMP Toolkit)是一套源碼以LGPL(Lesser General Public License)許可協(xié)議分發(fā)、跨平臺的圖形工具包，目前已發(fā)展成為GNU/Linux下開發(fā)圖形界面應(yīng)用程序的主流開發(fā)工具之一[1]，有Windows版本和Mac OS版本，能夠支持C/C++、Python等編程語言[2]，已從1.0版本發(fā)展到3.0，當(dāng)前應(yīng)用比較多的為2.0版本。GTK+屬于輕量型GUI，編譯后可執(zhí)行文件約幾MB[2]，遠(yuǎn)小于MFC或QT對計(jì)算機(jī)資源的需求，目前在Linux平臺得到了廣泛應(yīng)用，如GNOME、XFCE等桌面環(huán)境和大部分窗口管理器都基于GTK+。

輕量級GTK具有的開源性、設(shè)計(jì)靈活性和可擴(kuò)展性，以及豐富GUI構(gòu)件集[3]，為用戶基于GTK開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但GTK屬于APIs函數(shù)式編程模型，不支持直觀的“所見即所得”可視化界面編程。在一些基于GTK開發(fā)的軟件系統(tǒng)中，涉及到類似Windows平臺向?qū)浇缑娴拈_發(fā)需求，可以實(shí)現(xiàn)簡單直觀的軟件部署或系列參數(shù)設(shè)置等。但分析GTK2.0，其未提供向?qū)浇缑婵丶瑥亩哟罅碎_發(fā)難度。為此深入分析向?qū)浇缑娴牟季?，并提取其共性特性后，基于GTK控件集設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了向?qū)浇缑婵丶翌A(yù)留用戶區(qū)自定制布局控件接口，供用戶擴(kuò)展、定制具體界面內(nèi)容。應(yīng)用實(shí)例表明，所設(shè)計(jì)的向?qū)浇缑婵丶?，功能正確、靈活性強(qiáng)、風(fēng)格一致性好、代碼復(fù)用率高；同時(shí)該設(shè)計(jì)方法對基于GTK開發(fā)自定義控件、擴(kuò)展功能特性、實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)具有較強(qiáng)的借鑒意義。

1 GTK架構(gòu)及特性分析

1.1 GTK體系結(jié)構(gòu)

GTK應(yīng)用程序由基于GTK+提供的接口函數(shù)集APIs來編寫，包括Glib庫、GObject庫GDK庫等依賴庫，這些庫分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，如圖1所示。

圖1 GTK+體系結(jié)構(gòu)

在圖1中，主要庫及功能包括：Glib庫提供底層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、類型、多線程支持、事件循環(huán)和動態(tài)加載等；GObject庫用C編程實(shí)現(xiàn)的面向?qū)ο笙到y(tǒng)；Pango庫即語言庫，支持文本的渲染和布局，實(shí)現(xiàn)本地化和國際化；GDK庫處理Xlib上的底層圖形渲染，如“圖形實(shí)現(xiàn)”和“窗口實(shí)現(xiàn)”；GdkPixbuf庫幫助處理GTK+程序中的圖像，用于加載圖像和維護(hù)圖像緩存；Xlib庫提供位于操作系統(tǒng)上的底層繪圖函數(shù)；GModule庫支持動態(tài)加載插件。

1.2 GTK事件響應(yīng)機(jī)制

GTK+是一個(gè)依賴于事件、信號、回調(diào)機(jī)制的軟件系統(tǒng)。一個(gè)事件是由X窗口發(fā)出的消息，當(dāng)用戶執(zhí)行一些動作，如移動鼠標(biāo)、敲擊鍵盤時(shí)，對應(yīng)事件就被發(fā)送到GTK程序，被Glib的信號系統(tǒng)所解釋。當(dāng)該事件到達(dá)GTK構(gòu)件(GtkWidget)時(shí)，信號就發(fā)生了，此時(shí)可告訴GTK+運(yùn)行1個(gè)函數(shù)，即所謂的回調(diào)函數(shù)。

在GTK2.0中，事件響應(yīng)實(shí)現(xiàn)對應(yīng)信號連接函數(shù)g_signal_connect()和回調(diào)函數(shù)callback_func()。

g_signal_connect()函數(shù)原型：

gulong g_signal_connect(gpointer object, const gchar* name, GCallback func, gpointer func_data);

//object指需要監(jiān)聽信號的控件

//name為需要監(jiān)聽的信號名稱

//func為發(fā)生信號后的回調(diào)函數(shù)

//func_data是傳遞給信號處理函數(shù)func的參數(shù)，可為NULL

callback_func ()函數(shù)原型：

當(dāng)GTK構(gòu)件上信號發(fā)出時(shí)，在g_signal_connect()中指定的回調(diào)函數(shù)被調(diào)用。回調(diào)函數(shù)有如下的形式，它是被程序員命名的。

void callback_func(GtkWidget *widget, gpointer func_data);

//widget指向接收信號的控件

//func_data是傳遞的消息，對應(yīng)g_signal_connect()中第4個(gè)參數(shù)，需強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換

信號連接及回調(diào)函數(shù)舉例：

//針對退出事件"delete_event"，注冊主窗口退出函數(shù)：

g_signal_connect(G_OBJECT(mainwin),"delete_event",G_CALLBACK(gtk_quit),NULL);

//主窗口退出函數(shù)回調(diào)函數(shù)

voidgtk_quit(G_OBJECT(mainwin), NULL);

1.3 GTK界面構(gòu)件

GTK+2.0采用基于面向?qū)ο蟮拈_發(fā)模式，除了提供基本的隊(duì)列、鏈表等底層構(gòu)件外，類似于Windows MFC，還提供豐富的GUI界面構(gòu)件，用于人機(jī)交互。這類構(gòu)件集[3]包括：窗體類的窗口(GtkWindow)、對話框(GtkDialog)、筆記本構(gòu)件(GtkNotebook)等，可編輯類的編輯框(GtkEntry)、組合框(GtkCombox)等，人機(jī)交互類的菜單(GtkMenu)、按鈕(GtkButton)、工具欄(GtkToolbar)等；控制類的定時(shí)器、進(jìn)度條等；能容納多個(gè)控件的盒狀容器(GtkBox)、格狀容器(GtkTable)、按鈕盒(GtkButtonBox)、分隔面板(GtkPanel)、固定布局(GtkFixed)等，用于構(gòu)件的排列布局。

GTK+2.0提供一種用最短的代碼來編寫窗口和控件的方法，以及靈活易用的信號/回調(diào)函數(shù)機(jī)制。使用GTK編寫控件代碼時(shí)要注意代碼書寫順序：先定義窗口變量，再創(chuàng)建窗口，然后加回調(diào)函數(shù)，最后顯示窗口。以窗口構(gòu)件為例，其相關(guān)代碼段如下：

void gtk_usr_wintest(void){

GtkWidget *window;//定義窗口變量

window=gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL); //創(chuàng)建窗口

g_signal_connect(G_OBJECT(window),"delete event",G_CALLBACK(gtk_main_quit), NULL);//加回調(diào)函數(shù)

gtk_widget_show(window); //顯示窗口

}

2 向?qū)浇缑婵丶O(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 向?qū)浇缑娌季峙c分析

軟件界面設(shè)計(jì)中的“向?qū)浇缑妗边@個(gè)術(shù)語來自英語中的“Wizard”一詞。在實(shí)際使用中，這種交互方式就像一個(gè)向?qū)б粯?，一步步地引領(lǐng)用戶向前。在每一步中，它會詢問用戶一些簡單的問題，并根據(jù)輸入信息幫助用戶完成一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)。分析現(xiàn)有資料[4]，設(shè)計(jì)向?qū)浇缑娴囊恍┰瓌t如下：

① 需要時(shí)刻展示整個(gè)向?qū)н^程及當(dāng)前位置，一般處理方式為在每個(gè)步驟頁面的固定位置顯示一個(gè)所有步驟名稱的列表，并且以一種醒目的方式顯示當(dāng)前所處的步驟；

② 每個(gè)步驟上信息量的設(shè)置要合理，一般處理方式要確保每個(gè)步驟中內(nèi)容的內(nèi)聚性以及不同步驟之間內(nèi)容的松耦合性；

③ 要保證步驟的唯一性，即用戶只要在向?qū)Ы缑嫔贤瓿伤胁僮?，就能?shí)現(xiàn)最終的任務(wù)，而不需要再啟動別的進(jìn)程，或者執(zhí)行額外的命令；

④ 易避免誤操作性，即要求盡可能做到每一步驟都可回退，不可回退的要進(jìn)行提示，界面中條件激活按鈕當(dāng)條件滿足時(shí)才可激活，否則處于變灰不可用狀態(tài)。

基于上述原則，向?qū)浇缑娌季秩鐖D2所示。

圖2 向?qū)浇缑娌季謭D

其分析內(nèi)容如下：

① 底圖：一般為對話框窗體，尺寸、風(fēng)格等外觀允許用戶設(shè)置；

② 標(biāo)題區(qū)：一般位于頂部，為窗體的標(biāo)題，首次設(shè)置后，在后續(xù)步驟中，基本不變；

③ 向?qū)Р襟E區(qū)：一般位于左側(cè)欄，安裝過程始終不變且一直存在，同時(shí)需要醒目指示用戶當(dāng)前所處的安裝步驟；

④ 按鈕操作區(qū)：一般位于底部，包含【上一步】、【下一步】、【保存】等操作按鈕，支持用戶回退或前進(jìn)，推動安裝步驟進(jìn)行；

⑤ 用戶定義區(qū)：一般位于居中右側(cè)欄，對應(yīng)著用戶定制的向?qū)浇缑鎯?nèi)容，APIs編程模式中需要提供布局參數(shù)，支持用戶按需編寫代碼，繪制GUI界面元素。

2.2 向?qū)浇缑婵丶脑O(shè)計(jì)

圍繞向?qū)浇缑娌季值姆治觯Y(jié)合GTK+2.0構(gòu)件集，參考基于GTK的自定義控件實(shí)現(xiàn)方法[5-6]，可設(shè)計(jì)通用的向?qū)浇缑婺０澹渲杏肎tkWindow控件創(chuàng)建窗體、水平(GtkHBox)或垂直盒狀容器(GtkVBox)實(shí)現(xiàn)界面布局，并為程序開發(fā)者提供用戶區(qū)布局容器句柄，按鈕盒(GtkButtonBox)創(chuàng)建底部按鈕，以及分欄列表構(gòu)件(GtkCList)展示向?qū)Р襟E等，并通過上述界面控件操作函數(shù)集APIs實(shí)現(xiàn)對屬性參數(shù)的調(diào)整等。

基于GTK設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)向?qū)浇缑婵丶r(shí)，為方便用戶編程、增強(qiáng)控制靈活性，需要存儲部分關(guān)鍵參數(shù)，定義關(guān)鍵結(jié)構(gòu)體如下：

typedef struct{ //定義向?qū)浇缑娼Y(jié)構(gòu)體

GtkWidget *pWin; //向?qū)Т绑w句柄

GtkWidget *pClientVbox; //用戶定義區(qū)垂直容器盒， //提供給用戶進(jìn)行界面布局

GtkWidget *pBtnHbox; //按鈕區(qū)水平容器盒，提供 //給用戶設(shè)置安裝進(jìn)行按鈕

GtkWidget *pBtn[]; //存儲按鈕句柄，用戶設(shè)置回 //調(diào)函數(shù)，設(shè)置按鈕狀態(tài)等

gint nBtnNum; //按鈕個(gè)數(shù)

GtkWidget *pStepBox; //安裝步驟容器

GtkWidget *pStepClist; //安裝步驟列表

gint nStepNum; //安裝步驟數(shù)

}stGtkWizard;

GTK向?qū)浇缑娌季植糠痔匦约敖涌诤瘮?shù)如下：

① 窗體：作為向?qū)浇缑娴幕敬翱?，?chuàng)建后需返回窗體控件句柄，放入stGtkWizard結(jié)構(gòu)體中。

stGtkWizard* GtkWizard_CreateWin( gint w, gint h);

//創(chuàng)建窗體

② 標(biāo)題區(qū)：首次設(shè)置后不再修改，無返回值。GtkWidget*GtkWizard_GetWin(stGtkWizard*pstGtkWizard);

//獲取窗體句柄voidGtkWizard_SetTitle(GtkWidget*WizardWin, gchar*title);

//設(shè)置窗體標(biāo)題

③ 向?qū)Р襟E區(qū)：初始設(shè)置后不再改變，提示用戶當(dāng)前所處的步驟。

GtkWidget* GtkWizard_GetStepBox (stGtkWizard* pstGtkWizard); //獲取安裝進(jìn)度盒容器句柄

GtkWidget* GtkWizard_GetStepClist (stGtkWizard* pstGtkWizard); //獲取安裝步驟列表句柄

void GtkWizard_CreateSteps(GtkWidget*pBox, GtkWidget* pClist, gchar *title, gchar *steps[] );

//設(shè)置安裝步驟內(nèi)容

void GtkWizard_SetCurSteps(GtkWidget*pClist,gint nstep);

//設(shè)置安裝步驟高亮顯示

④ 按鈕區(qū)：推動向?qū)Р襟E進(jìn)行，對應(yīng)按鈕標(biāo)題、按鈕狀態(tài)允許用戶調(diào)整設(shè)置，以及設(shè)置響應(yīng)函數(shù)。GtkWidget*GtkWizard_GetBtnHbox (stGtkWizard*pstGtkWizard);

//獲取按鈕句柄

void GtkWizard_SetBtn(GtkWidget*pBtn, gchar *title, GCallback btn_cb, gint nstate);

//設(shè)置按鈕標(biāo)題、回調(diào)函數(shù)及狀態(tài)

⑤ 用戶定義區(qū)：GTK編程時(shí)提供布局參數(shù)句柄，支持用戶定制內(nèi)容。

GtkWidget* GtkWizard_GetClientVbox (stGtkWizard* pstGtkWizard);

//獲取用戶區(qū)盒狀容器句柄

2.3 應(yīng)用實(shí)例

用GTK+2.0 開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，無論是Windows平臺Visual Studio集成開發(fā)環(huán)境、Linux平臺Eclipse集成開發(fā)環(huán)境，還是Linux平臺GCC命令行Make環(huán)境，都需要首先完成正確的編程環(huán)境設(shè)置，主要包括兩個(gè)內(nèi)容：其一為GTK依賴庫和頭文件的包含，其二為庫和頭文件路徑以及環(huán)境變量的設(shè)置等。

在Ubuntu 10.04.2 Linux環(huán)境中，基于make文件進(jìn)行編譯設(shè)置[1]，配置方式較為簡單，直接在makefile文件頭部設(shè)置連接標(biāo)志LIBFLAG = `pkg-config gtk+-2.0 --cflags --libs` 即可。

基于第2節(jié)所設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的向?qū)浇缑鍭PIs接口，結(jié)合具體應(yīng)用需求，在不同向?qū)Р襟E界面中用戶區(qū)添加一些GTK控件進(jìn)行多次測試，功能正確，運(yùn)行穩(wěn)定。向?qū)浇缑鎸?shí)現(xiàn)實(shí)例部分截圖如圖3所示。

圖3 基于向?qū)浇缑婵丶膽?yīng)用實(shí)例圖(節(jié)選)

通過對比上文所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的GTK向?qū)浇缑婢幊谭椒ㄒ约皞鹘y(tǒng)GTK界面編程實(shí)現(xiàn)方法，其雖然初始設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)向?qū)浇缑婵丶y度高，代碼調(diào)試工程量大；但是后期應(yīng)用時(shí)，代碼復(fù)用率高，界面風(fēng)格一致性好，修改維護(hù)簡單，且可擴(kuò)展性好。

結(jié) 語

[1] 宋國偉.GTK+2.0編程范例[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

[2] What is GTK+, and how can I use it? [EB/OL].[2016-07].http://www.gtk.org.

[3] GTK+ reference manual[EB/OL].[2016-07].http://doc.gnu-darwin.org/gtk20.

[4] 如何設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)秀的向?qū)浇缑鎇EB/OL].[2016-07].http://www.360doc.com/content/16/0601/10/16915_564127800.shtml.

[5] 李國玲.Linux下GTK+自定義控件的設(shè)計(jì)和使用[J].科技與創(chuàng)新,2015(15):115-116.

[6] 葉超.GNU/Linux環(huán)境下基于GTK+的圖形用戶界面開發(fā)[D].長春:中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理所,2007.

胡澤明(副教授)，主要研究方向?yàn)榭缙脚_信息處理技術(shù)等。

Design and Realization of Wizard-interface Component Based on Open-source GTK

Hu Zeming1,Li Jing2

(1.Institute of Information System Engineering,Information Engineering University,Zhengzhou 450002,China;
2.Water Information Center of Henan Province)

GTK with the characteristics of open-source and light-weight is becoming the one of main graphic development platforms in Linux,and the version 2 cannot provide wizard-interface component for the users.In the paper,the layout of wizard-interface is analyzed,then the wizard-interface components by the GTK common components are designed.At the same time,an interface is reserved for the users to configure contents by themselves,thus the uniform wizard-interface style is provided,and the efficiency of coding is promoted highly.At last,an example shows that the method has a specification of high code-reusing and flexibility,which is very helpful to develop self-configured component for the users to satisfy the special application demands.

light-weight GUI;open-source GTK;API interface coding;wizard-interface

TP311

A

?士然

2016-07-20)