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描述窗口相关操作的X11 client、X11 server和window manager的事件交互流程

桌面窗口管理器

窗口管理为桌面提供统一的窗口风格、窗口布局、提供基本窗口功能等。

示例代码从base_wm截取。

窗口管理初始化

窗口管理主程序

代码块

language	java

// 连接X11 Server和获取根窗口
Display* display = XOpenDisplay(NULL);
Window root = DefaultRootWindow(display);
// 修改根窗口属性，其请求类型为ChangeWindowAttributes，窗口属性掩码值为CWEventMask
// 告知X11 server将client的顶层窗口的窗口请求和事件转发过来。
// SubstructureRedirectMask: CirculateRequest, ConfigureRequest, MapRequest
// SubstructureNotifyMask  : CirculateNotify, ConfigureNotify, CreateNotify, DestroyNotify, GravityNotify, MapNotify, ReparentNotify, UnmapNotify
XSelectInput(display, root, SubstructureRedirectMask | SubstructureNotifyMask);
XSync(display, false);
// 锁屏，禁止X11 server处理其它client的请求
XGrabServer(display);
 
Window returned_root, returned_parent;
Window* top_level_windows;
unsigned int num_top_level_windows;
// 发送QueryTree请求，获取X11 server上根窗口的直接子窗口，即client的顶层窗口。
XQueryTree(display, root, &returned_root, &returned_parent, &top_level_windows, &num_top_level_windows);
// 给顶层窗口套壳：创建一个新窗口，作为顶层窗口的父窗口，根窗口的子窗口
for (unsigned int i = 0; i < num_top_level_windows; ++i) {
  Window w = top_level_windows[i];
  Frame(w);
}
XFree(top_level_windows);
// 取消锁屏，恢复处理其它client的请求，一般来说窗口会加个边框
XUngrabServer(display);
 
// Main event loop.
// 1. 转发请求和事件处理，SubstructureRedirectMask和SubstructureNotifyMask对应的请求和事件
// 2. 对自身创建的窗口按键和鼠标处理，包括快捷键，鼠标拖动，最小化/最大化/恢复窗口等操作处理

事件流涉及X11 server和X11 window manager，过程较为简单，不再列出。

窗口套壳

Frame

代码块

language	java

const unsigned int BORDER_WIDTH = 3;
const unsigned long BORDER_COLOR = 0xff0000;
const unsigned long BG_COLOR = 0x0000ff;
 
// 获取窗口属性，主要是尺寸
XWindowAttributes w_attrs;
XGetWindowAttributes(display, w, &w_attrs)
 
// 发送CreateWindow请求，创建一个InputOutput窗口，以根窗口为父窗口
Window frame = XCreateSimpleWindow(display, root, w_attrs.x, w_attrs.y,
    w_attrs.width, w_attrs.height, BORDER_WIDTH, BORDER_COLOR, BG_COLOR);
 
// 告知X11 server将frame直接子窗口的窗口请求和事件转发过来。
XSelectInput(display, frame, SubstructureRedirectMask | SubstructureNotifyMask);
 
// 发送ChangeSaveSet (SetModeInsert)请求，告知X11 server保存w叠层次序，WM崩溃后，可复原w原有叠层次序
XAddToSaveSet(display, w);
 
// 发送ReparentWindow请求，将w的父窗口由根窗口改为frame窗口
XReparentWindow(display, w, frame, 0, 0);
 
// 发送MapWindow请求，显示frame窗口
XMapWindow(display, frame);
 
// 在客户端窗口上抓取通用窗口管理操作：移动、缩放、关闭和切换窗口
// 分别发送GrabButton和GrabKey请求，捕获w窗口指定的鼠标和键盘事件，X11 server将事件转发给frame
// 发送GrabButton请求，ButtonMotionMask响应MotionNotify事件，ButtonPressMask/ButtonPressMask表示响应按键的两个状态（Press, Release）事件
// 发送GrabKey请求，捕获按键请求，响应KeyPress和KeyRelease事件
// 看来Mod1Mask修饰表示Alt，Button1表示left，Button2表示right。两个同时按下，在MotionNotify响应函数时处理
 
// alt + left按键移动窗口
XGrabButton(display, Button1, Mod1Mask, w, false,
    ButtonPressMask | ButtonReleaseMask | ButtonMotionMask,
    GrabModeAsync, GrabModeAsync, NULL, NULL);
 
// alt + right按键缩放窗口
XGrabButton(display, Button3, Mod1Mask, w, false,
    ButtonPressMask | ButtonReleaseMask | ButtonMotionMask,
    GrabModeAsync, GrabModeAsync, NULL, NULL);
 
// alt + f4关闭窗口
XGrabKey(display, XKeysymToKeycode(display, XK_F4),
    Mod1Mask, w, false, GrabModeAsync, GrabModeAsync);
 
// alt + tab切换窗口
XGrabKey(display, XKeysymToKeycode(display_, XK_Tab),
    Mod1Mask, w, false, GrabModeAsync, GrabModeAsync);

套壳过程涉及X11 server、X11 window manager以及client application。整个过程先由应用程序发起创建窗口请求。

应用程序发送CreateWindow请求给显示服务器
显示服务器创建Window对象，初始化窗口属性，操作，尺寸和位置等，发送CreateNotify事件给窗口管理器，然后返回给应用程序
窗口管理器接收CreateNofity事件，可不做任何处理
应用程序发送MapWindow请求给显示服务器
显示服务器将该请求转发给窗口管理器，发送MapRequest事件，并返回给应用程序
窗口管理器收到事件通知后，创建frame窗口，更改应用窗口父子关系，显示frame窗口，锁定键盘鼠标事件
1. 发送GetWindowAttributes请求，从显示服务器获取应用窗口属性，窗口尺寸和位置
2. 发送CreateWindow请求，创建frame窗口
3. 发送ChangeWindowAttributes请求，告知显示服务器将其直接子窗口的窗口事件和请求转发过来
4. 发送ChangeSaveSet (SetModeInsert)请求，告知显示服务器保存应用窗口叠层次序
5. 发送ReparentWindow请求，将应用窗口的父窗口由根窗口改为frame窗口，（显示服务器会发送ReparentNofity事件给窗口管理器）
6. 发送GrabButton请求，响应鼠标事件
7. 发送GrabKey请求，响应按键事件
发送MapWindow请求该显示服务器，显示应用窗口
显示服务器处理MapWindow请求，并发送MapNotify事件给窗口管理器
窗口管理器响应MapNotify事件，未做任何处理

注：

应用窗口的子窗口创建和显示流程与次不同，一般来说应用子窗口不转发至窗口管理器处理
所有有回复的请求为同步请求，无回复的请求需调用XSync才会即时发送。任何请求中发送的事件，都在请求完成后处理事件
显示服务器处理MapWindow请求时，对于窗口管理器的请求不会再转发，直接走正常流程，由MaybeDeliverMapRequest函数进行处理，即发送请求的客户端与转发请求的客户端一致时，走正常流程

窗口操作

移动窗口

代码块

language	java

// 在ButtonPress响应函数中记录光标坐标、窗口坐标，将窗口移到顶层
// 事件中XButtonEvent，记录了光标在根窗口的起始坐标(x_root, y_root)
Window returned_root;
int x, y;
unsigned width, height, border_width, depth;
 
// 发送GetGeometry请求，获得窗口的几何形状
XGetGeometry(display, frame, &returned_root,
    &x, &y, &width, &height, &border_width, &depth);
 
// 发送ConfigureWindow请求，掩码为CWStackMode，值为Above，将窗口移到最上层
XRaiseWindow(display, frame)
 
// 在MotionNotify响应函数中处理窗口移动
// 根据XMotionEvent中的光标坐标(x_root, y_root)、点击时的坐标和窗口坐标，计算w窗口在根窗口的坐标
// 由于frame未创建边框，w和frame的起始坐标一致。
 
// 发送ConfigureWindow请求，移动frame窗口
XMoveWindow(display, frame, frame_x, frame_y);

用户在frame窗口上点击鼠标，并拖动窗口

显示服务器发送ButtonPress事件给窗口
发送GetWindowAttributes请求，从显示服务器获取应用窗口几何形状
发送ConfigureWindow请求，掩码为CWStackMode，值为Above，将窗口移到最上层
1. 显示服务器响应请求，将窗口移到最上层
2. 并发送ConfigureNotify事件给窗口管理器（窗口管理器未做处理）
显示服务器发送MotionNotify事件给窗口服务器
窗口服务计算新坐标，发送ConfigureWindow请求，移动frame窗口
1. 显示服务响应请求，移动窗口
2. 并发送ConfigureNotify事件给窗口管理器（窗口管理器未做处理）

注：移动窗口涉及被覆盖窗口的重绘，显示服务器会发送Expose等事件，在次流程中省略了

缩放窗口

代码块

language	java

// 在ButtonPress响应函数中记录窗口尺寸，将窗口移到顶层
Window returned_root;
int x, y;
unsigned width, height, border_width, depth;
 
// 发送GetGeometry请求，获得窗口的几何形状
XGetGeometry(display, frame, &returned_root,
    &x, &y, &width, &height, &border_width, &depth);
 
// 发送ConfigureWindow请求，掩码为CWStackMode，值为Above，将窗口移到最上层
XRaiseWindow(display, frame)
 
// 在MotionNotify响应函数中处理窗口缩放
// 发送ConfigureWindow请求，掩码值为CWWidth|CWHeight，缩放窗口
XResizeWindow(display, frame, width, depth);
// 缩放客户端窗口
XResizeWindow(display, w, width, depth);

关闭窗口

关闭窗口有两种方式，比较优雅方式是通过WM_PROTOCOLS协议，通知client主动关闭窗口；另一种是发送KillClient请求，直接关闭client从而关闭窗口。对优雅方式进行描述。

代码块

language	java

// 在KeyPress响应函数中优雅关闭窗口
  
Atom* supported;
int num_supported;
// 发送InternAtom请求，获取名为"WM_PROTOCOLS"的atom，supported中存在WM_DELETE_WINDOW
XGetWMProtocols(display, w, &supported, &num_supported);
 
XEvent msg;
memset(&msg, 0, sizeof(msg));
msg.xclient.type = ClientMessage;
msg.xclient.message_type = WM_PROTOCOLS;
msg.xclient.window = e.window;
msg.xclient.format = 32;
msg.xclient.data.l[0] = WM_DELETE_WINDOW;
// 发送SendEvent请求给X11 server，server发送ClientMessage给client，client根据WM_PROTOCOLS协议中WM_DELETE_WINDOW值销毁窗口
XSendEvent(display, w, false, 0, &msg)

切换窗口

代码块

language	java

// 在KeyPress响应函数中切换窗口
 
// 先从窗口管理器中找到w窗口下一层next_w窗口，然后将该窗口移到最上层。窗口管理器管理所有client顶层窗口，未在此例中列出  
 
// 发送ConfigureWindow请求，掩码为CWStackMode，值为Above，将窗口移到最上层
XRaiseWindow(display, next_frame);
// 发送SetInputFocus请求，窗口获取输入焦点。RevertToPointerRoot表示窗口不可见时，将输入焦点回退至根窗口
XSetInputFocus(display, next_w, RevertToPointerRoot, CurrentTime);

EWMH/ICCCM

汇整扩展窗口管理器提示和客户端间通信协定手册中窗口相关内容。

详见官网：ICCCM、EWMH

特性

feature	description
Shading	阴影窗口，作为窗口最小化图标可选方案，阴影窗口只显示标题栏，无标题栏装饰的窗口隐藏时不能使用阴影窗口
Modality	窗口模式，包括瞬态窗口和模态窗口，由WM_TRANSIENT_FOR提示的瞬态窗口允许应用在结束之前关闭顶层窗口。模态窗口需关闭后才能使用主窗口
Large Desktops	大桌面，尺寸比屏幕大。屏幕作为桌面的视口（viewport），可通过分页（paging）或者滚动条方式显示桌面内容，由窗口管理器实现该功能
Sticky windows	帖窗，窗口在屏幕固定位置，即使移动视口内容，其位置也不改变
Virtual Desktops	虚拟桌面，与工作台类型，应用可在桌面之间切换，由窗口管理实现该功能
Pagers	分页器，如：工作台切换器，或者用缩略图呈现桌面窗口的桌面实用程序
Taskbars	任务栏，另一种窗口管理任务的方式，将客户窗口的标题或图标以按钮方式显示在任务栏中
Animated iconification	动态图标
Window-in-window MDI	嵌套窗口，MDI是微软平台的多文档接口，在顶层窗口中嵌入一个拥有子窗口的工作台，该子窗口可用窗口管理器修饰，窗口操作与顶层窗口一致
Override-redirect windows	重载重定向窗口，忽略窗口管理器，运行合成器将这些窗口绘制屏幕上
Layered stacking order	分层堆叠排序，将堆叠窗口分至不同的分层中

应用窗口功能类型

窗口功能类型存储在atom类型的_NET_WM_WINDOW_TYPE中，窗口类型值也为atom类型，客户端设置窗口类型，一个窗口可由多个窗口类型。这些特性帮助窗口管理器决定窗口的装饰、叠层位置以及其它行为。

WM_TRANSIENT_FOR提示表示窗口为谁的瞬态窗口，WM_TRANSIENT_FOR提示的窗口一般为顶层窗口或根窗口。
override-redirect窗口，表示该窗口不被窗口管理器管理，但会被合成器使用

functional type

description

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_DESKTOP

具备桌面特性，包含与屏幕尺寸相同的桌面图标的单一窗口，允许桌面环境完全控制桌面，内容一般为桌面背景

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_DOCK

具备停靠栏或面板特性，窗口管理器将该窗口放在其它窗口之上，包括在置顶窗口之上

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_TOOLBAR

工具栏窗口，被设置为WM_TRANSIENT_FOR提示，可脱离主程序显示

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_MENU

可折叠菜单窗口，被设置为WM_TRANSIENT_FOR提示，可脱离主程序显示

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_UTILITY

实用工具窗口，如：调色板，工具箱等，在主程序内显示

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_SPLASH

启动窗口，程序启动时的画面

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_DIALOG

对话框，被设置为WM_TRANSIENT_FOR提示，在主程序内显示。为具有WM_TRANSIENT_FOR提示的默认窗口

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_DROPDOWN_MENU

下拉菜单，一般为单击菜单栏时弹出的窗口，一般为override-redirect窗口具有的特性

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_POPUP_MENU

弹出菜单，为右击弹出菜单窗口，一般为override-redirect窗口具有的特性

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_TOOLTIP

提示框，显示提示文本，一般为override-redirect窗口具有的特性

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_NOTIFICATION

通知窗口，一般为带有信息文本的气泡，一般为override-redirect窗口具有的特性

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_COMBO

组合框弹出窗口，如：文本字段下显示的补全窗口，一般为override-redirect窗口具有的特性

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_DND

被拖拽窗口(拖拽光标)，如：一个文件图标窗口被从一个文件管理器拖至另一个文件管理器中，一般为override-redirect窗口具有的特性

代码块
_NET_WM_WINDOW_TYPE_NORMAL

被窗口管理器管理的窗口或者override-redirect窗口

应用窗口状态

atom类型的_NET_WM_STATE用于描述窗口状态的提示列表。客户端通过发送_NET_WM_STATE的ClientMessage请求修改窗口状态，窗口管理器持续更新以反映窗口的当时状态。

state

description

代码块
_NET_WM_STATE_MODAL

模态对话框，其WM_TRANSIENT_FOR提示为其它顶层窗口，则为该顶层窗口的模特，若为根窗口，则为对话框所在的窗口组的模态

代码块
_NET_WM_STATE_STICKY

告示贴，窗口管理器将该窗口固定在屏幕上，即使滚动屏幕，其位置也不会变化

代码块
_NET_WM_STATE_MAXIMIZED_VERT

窗口水平方向最大化，即宽度已最大化

代码块
_NET_WM_STATE_MAXIMIZED_HORZ

窗口垂直方向最大化，即高度已最大化

代码块
_NET_WM_STATE_SHADED

窗口阴影

代码块
_NET_WM_STATE_SKIP_TASKBAR

窗口图标不显示在任务栏上，由客户端设置

代码块
_NET_WM_STATE_SKIP_PAGER

窗口不显示在虚拟桌面上，由客户端设置

代码块
_NET_WM_STATE_HIDDEN

窗口隐藏

代码块
_NET_WM_STATE_FULLSCREEN

全屏，没有窗口装饰，窗口管理器需保存窗口先前的几何形状，取消全屏时还原成原有几何形状窗口

代码块
_NET_WM_STATE_ABOVE

置顶

代码块
_NET_WM_STATE_BELOW

置底

代码块
_NET_WM_STATE_DEMANDS_ATTENTION

与窗口或窗口有关的事件发生，这些事件一般被窗口管理器拒绝，窗口管理器设置该状态，或者应用程序完成了某些操作，设置该状态

代码块
_NET_WM_STATE_FOCUSED

窗口装饰是否在活动状态下绘制。

WM_NORMAL_HINTS

设置窗口几何形状的约束。应用程序设置其值，窗口管理器读取该值，根据约束确定窗口显示位置和显示尺寸，比如：最大化，若不满足宽高比，不满足最大尺寸要求，窗口管理器需计算出一个合适尺寸。

窗口管理器需要支持和满足该约束，防止窗口不能正常显示和响应。若应用程序未显示设置，约束无法生效。

代码块

language	java

typedef struct {
    long flags;         /* marks which fields in this structure are defined */
    // x, y, width, height由用户设置指定，已废弃使用
    int x, y;           /* Obsolete */
    int width, height;  /* Obsolete */
    // 窗口最小的宽度和高度
    int min_width, min_height;
    // 窗口最大的宽度和高度
    int max_width, max_height;
    // 缩放窗口的最小步幅
    int width_inc, height_inc;
    // 最大和最小的屏幕宽高比。x为宽，y为高
    struct {
           int x;           /* numerator */
           int y;           /* denominator */
    } min_aspect, max_aspect;
    // 最适合的宽度和高度，未设置时，以最小宽度和高度为准
    int base_width, base_height;
    // 指定参考坐标位置，默认为NorthWest
    int win_gravity;
    /* this structure may be extended in the future */
} XSizeHints;
 
// 设置几何形状约束函数
void XSetWMNormalHints(Display *display, Window w, XSizeHints *hints);
// 获取几何形状约束函数
Status XGetWMNormalHints(Display *display, Window w, XSizeHints *hints_return, long *supplied_return);

版本比较

旧版本 1

新版本 2

密钥

桌面窗口管理器

窗口管理初始化

窗口套壳

窗口操作

移动窗口

缩放窗口

关闭窗口

切换窗口

EWMH/ICCCM

特性

应用窗口功能类型

应用窗口状态

WM_NORMAL_HINTS

页面比较

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旧版本 1

新版本 2

密钥

桌面窗口管理器

窗口管理初始化

窗口套壳

窗口操作

移动窗口

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EWMH/ICCCM

特性

应用窗口功能类型

应用窗口状态

WM_NORMAL_HINTS