linux应用程序开发指南之21-01.pdf
下载第1章 Linux软件开发概述1.1 关于LinuxL i n u x于1 9 9 1年诞生于芬兰。大学生Linus To r v a l d s，由于没有足够的钱购买昂贵的商用操作系统，于是自己编写了一个小的操作系统内核，这就是 L i n u x的前身。Linus To r v a l d s将操作系统的源代码在I n t e r n e t上公布，受到了计算机爱好者的热烈欢迎。各种各样的计算机高手不断地为它添加新的特性，并不断地提高它的稳定性。1 9 9 4年，Linux 1.0正式发布。现在，L i n u x已经成为一个功能强劲的3 2位的操作系统。严格地说，L i n u x只是一个操作系统内核。比较正式的称呼是G N U操作系统，它使用L i n u x内核。G N U的意思是G N U s not Unix(G N U不是U n i x)一种诙谐的说法，意指 G N U是一种类U n i x的操作系统。G N U计划是由自由软件的创始人 S t a l l m a n在2 0世纪8 0年代提出的一个庞大的项目，目的是提供一个免费的类U n i x的操作系统以及在上面运行的应用程序。G N U项目在初期进展并不顺利，特别是操作系统内核方面。L i n u x适时而出，由于它出色的性能，使它成为G N U项目的操作系统的内核。从此以后，G N U项目进展非常迅速：全世界的计算机高手已经为它贡献了非常多的应用程序和源代码。L i n u x是遵从G P L协议的软件，也就是说，只要遵从 G P L协议，就可以免费得到它的软件和源代码，并对它进行自由地修改。然而，对一般用户来说，从 I n t e r n e t或者其他途径获得这些源代码，然后对它们进行编译和安装是技术难度很高的工作。一些应用程序的安装也都非常复杂。因而，有一些公司如Red Hat、VA等开始介入L i n u x的业务。它们将L i n u x操作系统以及一些重要的应用程序打包，并提供较方便的安装界面。同时，还提供一些有偿的商业服务如技术支持等。这些公司所提供的产品一般称为 L i n u x的发布版本。目前比较著名的 L i n u x发布版本有以下几种：Red Hat最著名的L i n u x服务提供商，I n t e l、D e l l等大公司都对其有较大投资，该公司前不久收购了开放源代码工具供应商 C y g n u s公司。S l a c k Wa r e历史比较悠久，有一定的用户基础。S U S E在欧洲知名度较大。Tu r b o L i n u x在亚洲，特别是日本用户较多。该公司在中国推出了 TurboLinux 4.0、4.0 2和6.0的中文版，汉化做得很出色。D e b a i n完全由计算机爱好者和L i n u x社区的计算机高手维护的L i n u x发布版本。L i n u x进入中国后，在我国计算机界引起了强烈的反响，最近两年，也出现了许多汉化的L i n u x发布版本，影响较大的有以下几种：X t e a m L i n u x北京冲浪平台公司推出的产品，中国第一套汉化的 L i n u x发布版本。第一部分Linux GUI 编程框架及编程基础B l u e P o i n t1 9 9 9年底正式推出的产品，内核汉化技术颇受瞩目。红旗L i n u x中国科学院软件研究所和北大方正推出的 L i n u x发布版本。从本质上来说，上面所有发布版本使用的都是同样的内核(或者版本略有不同)，因而，它们在使用上基本上没有什么区别。但它们的安装界面不一样，所包含的应用程序也有所不同。L i n u x之所以大受欢迎，不仅仅因为它是免费的，而且还有以下原因：1)Linux是一个真正的抢占式多任务、多线程、多用户的操作系统。2)Linux性能非常稳定，功能强劲，可以与最新的商用操作系统媲美。3)Linux有非常广泛的平台适应性。它在基于 I n t e l公司的x 8 6(也包括A M D、C y r i x、I D T)的计算机、基于A l p h a的计算机，以及苹果、S u n、S G I等公司的计算机上都有相应的发布版本，甚至在A S/4 0 0这样的机器上都能找到相应的版本。L i n u x还可以在许多P D A和掌上电脑以及嵌入式设备上运行。4)已有非常多的应用程序可以在 L i n u x上运行，大多数为 SCO Unix开发的应用程序都能在L i n u x上运行(借助于i B C S软件包)，甚至还比在SCO Unix上运行速度更快。借助 D o s e m u，可以运行许多D O S应用程序，而借助Wa b i或Wi n e，还可以运行许多为Wi n d o w s设计的软件。5)Linux是公开源代码的，也就是说，不用担心某公司会在系统中留下后门(软件开发商或程序员预留的，可以绕开正常安全机制进入系统的入口)。6)只要遵从G P L协议，就可以自由地对L i n u x进行修改和剪裁。当然，L i n u x的优点决不止于此。对计算机专业人员来说，L i n u x及其相关应用程序也是学习编程的绝好材料，因为这些软件都提供了完整的源代码。L i n u x的出现为我国软件产业赶超世界先进水平提供了极好的机遇，也为我国软件产业反对微软的垄断提供了有力的武器。1.2 关于Linux的桌面环境目前使用L i n u x主要在于服务器端。在 I n t e r n e t上有很多服务器都在使用 L i n u x。但是，一个操作系统要想得到普及，并占据一定的市场份额，必须要使非计算机专业人士都可以轻松掌握这种系统。而L i n u x作为一种类U n i x操作系统，对它的操作一般都是通过复杂的 S h e l l命令进行的。因而，应该有一种简便易学的图形用户接口(Graphics User Interface，G U I)，使用户使用鼠标就可以完成大多数工作。在L i n u x中，G U I由以下几个部分组成：窗口系统组织显示屏上的图形输出并执行基本的文本和绘图功能。窗口管理器负责对窗口的操作(比如最小化、最大化、关闭按钮的形状，窗口边框外观等)以及输入焦点的管理。工具包带有明确定义的编程界面的常规库。风格指定应用程序的用户界面外观和行为。在L i n u x发展的初期，众多的计算机专家为它贡献了多种图形用户接口，如F V W M 9 5、A f t e r S t e p等。这些接口模仿了Windows 95、M a c i n t o s h、N e s t S t e p、A m i g a、Unix CDE等桌面环境。这些G U I在一定程度上来说只是其他图形接口的仿制品，不能提供优秀的操作系统所需要的特性。其后，自由软件社区的一批计算机专家开始了 K D E项目(K Desktop Environment，K桌面环境)，目的是提供一个开放源代码的图形用户接口和开发环境。该项目取得了极大的2使用第一部分Linux GUI 编程框架及编程基础下载成功，K D E成为许多L i n u x发布版本的首选桌面环境。G N U/L i n u x项目因此而得到蓬勃发展。但是，K D E是基于Troll Te c h n o l o g i e s公司的Q t库的。Q t库是一个跨平台的C+类库，可以用于多种U n i x、L i n u x、Wi n 3 2等操作系统。Q t并不是遵从G P L或L G P L协议的软件包。它的许可条件是：如果使用它的免费版本开发应用程序或程序库，则所开发的软件必须开放源代码；如果使用它的商用版本，则可以用以开发私有的商用软件。另外，Q t库是属于Tr o l l公司的产品，一旦Tr o l l公司破产，或者被收购，自由软件事业将受到严重打击。1 9 9 7年由墨西哥国立自治大学的 Miguel de Icaza领导的项目组开始了 G n o m e开发计划。G n o m e是GNU Network Object Model Environment(G N U，网络对象模型环境)的缩写。该计划的最初目的是创建一种基于应用程序对象的架构，类似于微软公司的 O L E和 C O M技术。然而，随着项目的进展，项目的范围也迅速地扩大；项目开发过程中有数百名程序员加入进来，编写了成千上万行的源代码。该项目进展很快，1 9 9 8年发布了Gnome 1.0。目前的最新版本是于1 9 9 9年1 0月发布的October Gnome。现在，G n o m e已成为一个强劲的G U I应用程序开发框架，并且可以在任何一种U n i x系统下运行。G n o m e使用的图形库是G t k+最初为了编写G I M P而创建的一套构件库，它是基于 L G P L创建的，可以用它来开发开放源代码的自由软件，也可以开发不开放源代码的商用软件。G n o m e的界面与K D E的界面是类似的(G n o m e的目的之一就是创建一套类似K D E的桌面环境)，熟悉K D E的用户无需学习就能够使用 G n o m e。由于以上几个原因，G n o m e已经成为大多数L i n u x发布版本的首选桌面环境。由于G n o m e项目的成功，1 9 9 8年11月Q t库的开发者Tr o l l公司宣布修改许可证协议，Q t库将成为自由软件。但是获取 Q t库的许可证很不方便，况且 G n o m e的进展也很不错，因而，只要有可能，应该避免使用Q t库以及K D E。从用户的角度看，G n o m e是一个集成桌面环境和应用程序的套件。从程序员的角度看，它是一个应用程序开发框架(由数目众多的实用函数库组成)。即使用户不运行G n o m e桌面环境，用G n o m e编写的应用程序也可以正常运行，但是这些应用程序是可以很好地和 G n o m e桌面环境集成的。G n o m e桌面环境包含文件管理器，它用于任务切换、启动程序以及放置其他程序的“面板”、“控制中心”(包括配置系统的程序以及一些小东西)等。这些程序在易用的图形界面背后隐藏了传统的 UNIX Shell。G n o m e的开发结构使开发一致的、易用的和可互相操作的应用程序成为可能。1.3 Linux系统中的软件开发1.3.1 开发所使用的库在L i n u x下开发G U I程序的首要问题是采用什么样的图形库。在 L i n u x的发展历史中曾经出现过多种图形库，但是由于自由软件的特点(没有技术方面的承诺)，使得无人继续对它们进行维护，或者其他方面的原因，这些库都已慢慢地被人遗忘了。G t k+(GIMP To o l K i t，G I M P工具包)是一个用于创造图形用户接口的图形库。G t k+是基于L G P L授权的，因此可以用 G t k+开发开放源码软件、自由软件，甚至商业的、非自由的软件，并且不需要为授权费或版权费花费一分钱。之所以被称为 G I M P工具包因为它最初用于开发“通用图片处理程序”(General Image Manipulation Program，G I M P)，但是 G t k已在大量软件项目，包括G n o m e中得到了广泛应用。G t k+是在Gdk(GIMP Drawing Kit，G I M P绘图包)的基第1章L i n u x软件开发概述使用3下载础上创建的。G d k是对低级窗口函数的包装(对X window系统来说就是X l i b)。读者可能会看到，在本书中既有G T K，又出现了G t k+。一般用G T K代表软件包和共享库，用G t k+代表G T K的图形构件集。G T K的主要作者是：Peter Mattis petmx c f.b e r k e l e y.e d uSpencer Kimball spencerxcf.berkeley.edu Josh MacDonald jmacdxcf.berkeley.edu G t k+图形库使用一系列称为“构件”的对象来创建应用程序的图形用户接口。它提供了窗口、标签、命令按钮、开关按钮、检查按钮、无线按钮、框架、列表框、组合框、树、列表视图、笔记本、状态条等构件。可以用它们来构造非常丰富的用户界面。在用G t k+开发G n o m e的过程中，由于实际需要，在上面的构件基础上，又开发了一些新构件。一般把这些构件称为 G n o m e构件(与G t k+构件相对应)。这些构件都是 G t k+构件库的补充，它们提供了许多 G t k+构件没有的功能。从本质上来说，G t k+构件和G n o m e构件是完全类似的东西。G T K本质上是面向对象的应用程序编程接口(A P I)。虽然完全是用C写成的，但它仍然是用类和回调函数(指向函数的指针)的方法实现的。1.3.2 Gnome的开发结构只使用 G t k+构件也可以开发出优秀的L i n u x应用程序，但是 G n o m e构件，特别是G n o m e A p p、G n o m e U I I n f o等，使开发界面一致的应用程序变得更加容易。G n o m e的一些新特性，如p o p t参数分析，保存应用程序设置等也是 G t k+构件所没有的。G n o m e的应用程序开发结构核心是一套库,都是由通用的ANSI C语言编写的，并且倾向于使用在类U N I X的系统上。其中涉及图形的库依赖于 X Wi n d o w系统。G n o m e差不多对任何语言都提供了Gnome API接口，其中包括 A d a、S c h e m e、P y t h o n、P e r l、To m、E i ff e l、D y l a n以及Objective C等。至少有三种不同的C+封装。本书只介绍有关库的 C语言接口，不过，对使用其他语言绑定的用户来说，它也很有用，因为从 C到其他语言之间的转换都是非常直接的。本书包含G n o m e库1.0版本(包括兼容的b u g补丁版，比如 1.0.9所有 1.0.x版本都是兼容的)。G n o m e的开发架构包含以下一些内容：1.非Gnome 库G n o m e并不是从头开始的，它充分继承了自由软件的传统其中许多内容来自于G n o m e项目开始之前的一些函数库。其中一些库 G n o m e应用程序开发架构的一部分，但是不属于G n o m e库我们称之为非G n o m e库。可以在G n o m e环境中使用这些库函数。主要有以下几种：G l i bG l i b是G n o m e的基础，它是一个C工具库，提供了创建和操作常用数据结构的实用函数。它也涉及到了可移植性问题，例如,许多系统缺乏s n p r i n t f()函数，但是g l i b包含了一个，称为g _ s n p r i n t f()，它能保证在所有平台上使用，并且比 s n p r i n t f()更安全(它总是将目标字符串以N U L L结尾)。Gnome 1.0中使用g l i b的 1.2版本，可以和任何 1.2系列的g l i b一起工作(1.2.1、1.2.2，等等)。4使用第一部分Linux GUI 编程框架及编程基础下载Gtk+G t k+(GIMP To o l k i t的缩写)，是在G n o m e应用程序中使用的G U I工具包。G t k+最初是为了设计G I M P而引入的(GNU 图片处理程序)，但是现在已变成通用的库。G t k+依赖于g l i b。G t k+包中包含了G d k，它是对底层的 X Wi n d o w系统库X l i b的简化。由于G t k+使用了G d k而不是直接调用X l i b，因此G d k的移植版本允许G t k+运行在不同于X 但只有相对较少的修改的窗口系统上。G t k+和G i m p已经移植到了Wi n 3 2平台(3 2位的Wi n d o w s平台，包括Windows 95/98、Windows NT/2000)上。对G n o m e应用程序来说，G t k+具有以下的特性：1)动态类型系统。2)用C语言编写的对象系统，可实现继承、类型检验，以及信号/回调函数的基础结构。3)类型和对象系统不是特别针对G U I的。4)GtkWi d g e t对象使用对象系统,它定义了G t k+的图形组件的使用接口。5)大量的G t k Wi d g e t子类(构件)。G n o m e在基本G t k+构件集合的基础上添加了许多其他构件。Gnome 1.0是在Gtk+1.2版本的基础上完成的。ORBit O R B i t是 一个用C开发的CORBA 2.2 ORB。和其他O R B相比，它短小精悍，但速度更快，同时还支持 C语言映射。O R B i t是以一整套库函数的方式实现的。C O R B A，或称作通用对象请求中介构架(Common Object Request Broker Architecture)，是一套对象请求中介，或称为O R B的规范。一个O R B更类似于动态链接程序，但是它以对象的方式操作，而非子程序调用。在执行过程中，程序能够请求一个特定的对象服务；O R B可定位对象并且创建对象和程序连接。例如,一个电子邮件程序可以请求 a d d r e s s b o o k对象，并且利用它查找人名。与动态链接库不同，C O R B A可以在网络内很好地运行，并且允许不同编程语言和操作系统之间进行交互。如果熟悉Wi n d o w s操作系统下的DCOM,那么C O R B A与之类似。Imlib I m l i b(图片库)提供一些例程，其中包括加载、存储、显示，以及定绘制各种流行的图像格式(包括 G I F、J P E G、P N G以及T I F F)的函数。它包括两种版本：X l i b-o n l y版本和基于G d k的版本。G n o m e使用 G d k版本。2.Gnome库下面所介绍的库是G n o m e-l i b s包的一部分，并且是专门为G n o m e项目开发的。libgnome l i b g n o m e是一些与图形用户接口无关的函数集合，G n o m e应用程序可以调用其中的函数。它包含分析配置文件的代码，也包含与一些外部实用程序的接口，比如国际化编程接口(通过GNU gettext包)、变量解析(通过p o p t包)、声音编程接口(通过E n l i g h t e n m e n tD a e m o n，e s o u n d)等。G n o m e-l i b s包考虑了与外部库之间的交互，因此程序员无需关心库的实现或可用性。libgnomeui l i b g n o m e u i包含了与G U I相关的G n o m e代码。它由为增强和扩展G t k+功能而设计的构件组成。G n o m e构件通常使用用户接口策略，以提供更方便的 A P I函数(这样程序员需要指定的东西较少)。当然，这也让应用程序界面更一致。l i b g n o m e u i主要包含：1)GnomeApp构件一般用来为应用程序创建主窗口。它使用 G n o m e D o c k构件，允许用户重新排列工具栏，还可以将工具条从窗口上拖开。2)GnomeCanvas构件用来编写复杂的、无闪烁的定制构件。第1章L i n u x软件开发概述使用5下载3)Gnome 内置的p i x m a p(包括打开、关闭、保存以及其他操作的图标)用于创建和使用对话框的例程。G n o m e P i x m a p构件比G t k P i x m a p功能更多。libgnomeui 中还有几种其他构件，如 G n o m e E n t r y、G n o m e F i l e P i c k e r等。这些构件都比G t k+构件库中的构件功能更强，也更方便。libgnorba l i b g n o r b a提供与C O R B A相关的实用程序，包括安全机制和对象激活。对象激活是指获得实现给定接口对象的引用过程，它包括执行服务器程序，加载共享库模块，或为已有程序请求新的对象实例等。libzvt 这个库包含一个终端构件(Z v t Te r m)，可以在G n o m e程序中使用它。libart_lgp 这个库包含由Raph Levien编写的图形绘制例程。在这里包含的是在 L G P L许可下发布的，用在G n o m e C a n v a s构件中的，Raph Levien也销售它的增强版本。实质上它是一个矢量图形光栅图形库，功能类似于 P o s t S c r i p t语言。3.其他库这些库一般使用在G n o m e应用程序中，但它不是Gnome-libs 专属的部分。Gnome-print G n o m e-p r i n t目前还是实验性的，但是非常有前途。它使用 l i b a r t _ l g p l库，可以和G n o m e C a n v a s一起工作得很好。它提供一个虚拟输出设备(称“打印上下文”)，因此一段代码能输出到一个打印预览构件或P o s t S c r i p t文件，还可以输出到其他打印机格式。G n o m e-p r i n t也包含与打印相关的G U I元素,例如打印设置对话框、虚拟字体接口(处理 X字体不可打印的问题)。Gnome-xml G n o m e-x m l是还未经验证的X M L引擎，它由W W W协会的Daniel Ve i l l a r d编写。它能按照树状结构分析 X M L，也能按照X M L输出树状结构。它对任何需要加载和保存结构化数据的应用程序来说是很有用的，许多 G n o m e应用程序把它作为文件格式使用。这个库不依赖于任何其他的库(甚至 g l i b)，所以它只是在名义上是一个 G n o m e库。然而，可以认为大多数G n o m e用户都安装了它，因此如果应用程序使用了这个库，对用户来说也没有什么不方便。Guile G u i l e是S c h e m e编程语言在一个库中的实现，它使任何应用程序都能带有一个嵌入式的S h e m e解释器。它是G N U项目的正式扩展语言，并且有一些 G n o m e应用程序也使用它。为应用程序添加扩展语言听起来挺复杂，但是有了 G u i l e后就微不足道了。一些 G n o m e应用程序也支持 P e r l和P y t h o n，一旦实现了应用程序，同时支持几种语言就会变得很容易。G u i l e在G n o m e开发者心目中有着特殊的地位。Bonobo B o n o b o是一种对象嵌入式结构，类似于M i c r o s o f t的O L E。例如，它允许你在电子表格中嵌入图表。它将在 G n o m e中普遍使用。任何应用程序将能通过适当的 B o n o b o组件调用G n o m e库，显示 M I M E类型数据，例如纯文本、H T M L或图像。1.4 开发Linux应用程序的编程语言和编程工具L i n u x是一种类U n i x的操作系统。传统 U n i x下的开发语言是 C语言。因为C语言是平台适应性最强的语言，差不多每种平台上都会有一个C编译器。C语言也更易移植，因而，在L i n u x下编程的最佳语言应该是 C语言，L i n u x上的很多应用程序就是用 C语言写的。当然，也可以使用其他语言。因为G t k+和G n o m e是用C语言编写的，所以在开发L i n u x下的G U I程序时使用C语言是非常6使用第一部分Linux GUI 编程框架及编程基础下载方便的。但是 G t k+也提供与许多其他语言的接口，如 A d a、S c h e m e、P y t h o n、P e r l、To m、E i ff e l、D y l a n以及Objective C等。如果用C+语言开发基于G t k+应用程序，可以使用一个名为G t k-的函数库，它是G T K工具包的C+风格的封装。如果要用 G t k+库和其他语言，最好参考相应的文档。本书只介绍使用C语言开发L i n u x程序。一般的L i n u x发布版本中都提供了 C编译器g c c或e g c s。使用g c c或e g c s可以编译C和C+源代码，编译出的目标代码质量非常好，编译速度也很快。各种C编译器都要使用一些C语言实用函数。为了保证程序的可移植性，g c c没有使用通用的C函数库，而是使用一种称为 g l i b的函数库。g l i b也是G t k+的基础。它包含一些标准函数的替代函数(如字符串处理函数)和基本数据结构的实现(单向链表、双向链表、树、哈希表等)。g l i b中所包含的函数消除了某些函数的安全漏洞，使其更加可靠，在不同平台上移植也更加方便。还有许多使用工具可以提高L i n u x下的编程效率，如g d b是优秀的C语言调试器，有非常丰富的调试指令；a u t o m a k e和a u t o c o n f用于由源代码结构配置编译选项，生成编译所需的M a k e f i l e文件。到在目前为止，还没有像Wi n d o w s平台上的Visual Basic、D e l p h i等一样的可视化的快速应用程序开发工具。开发L i n u x应用需要用文本编辑器书写源代码，然后再用编译器生成应用程序。眼下有一个开发小组正致力于开发一个L i n u x下的类似于Visual Basic的开发工具g B a s i c，另外，预计I n p r i s e公司(即B o r l a n d)的Delphi for Linux也即将面市。有几种正在开发的 R A D(Rapid Application Development)工具，其中最有希望的是 G l a d e一种G U I生成器，可以快速生成创建界面的C源程序。1.5 本书的结构本书包含了以下内容：Gnome应用程序开发的框架。开发L i n u x应用程序的方法和步骤。glib，G t k+/G n o m e构件的使用方法。GDK基础知识。Linux常用编程工具：调试工具g d b，G U I生成器G l a de。本书附录包含G t k+和G n o m e对象介绍(每个对象有一个简短描述)，还有一些在线编程资源。本书提供了大量可供参考的源代码。如果觉得内容不够充分，请参考相应的头文件。实际上，G t k+/G n o m e和g l i b的头文件都是非常简单易懂的，从函数名称就可以猜到它的用处和用法。如果还觉得不够，可以钻研它们的源代码，这对了解它们的实现方法也是极有好处的。第1章L i n u x软件开发概述使用7下载
