XIM協議的原理及其實現

引言

 

1.輸入法

世 界上大多數語言是基於字母表的，一些字母的集合組成了單詞，當在計算機中輸入這些語言時，用戶通常是在鍵盤上鍵入相應的字符或一些組合鍵來實現。但表意文 字（如中，日，韓等）卻不能在鍵盤上找到相應的鍵，如果想在計算機中輸入這些文字，就需要相應的輸入法。輸入法有很多種，如拼音，五筆等，但這些輸入法的 一個共同的特徵是用戶敲多個鍵來組成一個文字（或一組文字），統稱爲編碼輸入。

2.XIM協議

XIM(X Input Method)是X-Window系統下的符合國際化標準的輸入法協議，只要應用程序和系統都支持這種輸入協議，應用程序就不必具體考慮在不同語言環境下的輸入問題，系統可以根據相應的locale去尋找相應的輸入法，從而達到國際化的要求。

 

 

XIM的原理

 

1.體系結構

• 1.1 實現模型 在X-Window 系統環境下，XIM的實現有以下兩種典型的體系結構：

  1)Client/Server模型：

  IM服務器是一個獨立的進程，由它來處理輸入、預編輯、轉換和確認。IM庫存在於應用程序中，就象IM服務器的一個客戶，它只是簡單的從IM服務器接收確認字符串。

  2)Library模型：

  所有的輸入都由應用程序中的IM庫來處理。事件處理在IM庫中就被關閉了，所以就不再需要一個獨立的IM服務器。

  大多數語言，如亞洲語言一般都有複雜的預編輯，所以都採用Client/Server模型來實現，其他的只有一些死鍵或組合鍵的語言，如歐洲語言一般都採用Library模型來實現。

  下面主要都討論Client/Server模型，如圖1所示：

• 客戶程序通過連接IM服務器來實現XIM輸入，它們之間的通訊是利用XIM的協議來實現的。IM子系統完成文字查找和文本的組合。

• 1.2 IM結構 當客戶程序向服務器發出連接或斷開請求時，在客戶和服務器之間會產生打開和關閉操作。

  函數XopenIM()設置或修改客戶的locale，IM是根據相應的locale來指定的。另外，客戶支持的IM類型可以通過函數XGetIMValues()來獲得。

  一 個客戶程序通常有多個輸入域，Xlib提供了一個結構“Input Context”（IC）來管理每個輸入域。函數XCreateIC()可以指定XIM並創建一個相應的IC，函數XDestroyIC()用來刪除此 IC。許多重要的信息，比如確認字符串都通過IC來從IM服務器送到客戶程序。每一個IC與一個輸入域相關，函數XSetICFocus()用來通知IM 服務器當前IC獲得了焦點（XUnSetICFocus()表示失去焦點）。

• 1.3 事件處理模型 現存的輸入法都支持前端輸入法和後端輸入法或其中的一種。XIM把後端輸入法作爲一種默認的輸入法，但也支持前端輸入法。

  1)後端輸入法：

  在後端輸入法中，客戶窗口的輸入事件總是送到IM庫中，然後IM庫把此事件送到IM服務器中。事件以傳送的順序來處理，因此在IM庫和IM服務器中沒有需要同步的問題。

  2)前端輸入法：

  在 前端輸入法中，客戶窗口的輸入事件由XServer直接傳送到IM庫和IM服務器中。因此這種方法提供了更好的接口性能（尤其在IM服務器運行在一臺工作 站而客戶程序運行在另一臺工作站上，且網絡又相對較慢時）。而，前端模型在處理鍵的時候有同步問題，時會引起事件丟失或時間重複。因此後端輸入法是由核心 輸入法支持的，前端輸入法是從擴展性能的目的出發的。

• 1.4 事件流控制

  XIM協議在IM庫和IM服務器之間的通訊支持兩種事件流：靜態和動態。

  1)靜態事件流是客戶程序的輸入事件總是發送到IM服務器。

  2) 動態事件流是輸入事件中需要處理的事件發送到IM服務器。例如，在即輸入ASCII字符又輸入中文字符的時候，ASCII字符就不必送到IM服務器了。因 此，採用動態事件流後，在XServer、客戶和IM服務器之間的需求事件大大減少了，從而性能有所提高。IM服務器發送 XIM_REGISTER_TRIGGERKEYS事件來切換動態事件流。

2.簡單協議處理模型

下圖2是一個最簡單的協議流的例子：

當 應用程序發生按鍵事件時，它調用Xlib API的XNextEvent函數，對於後端輸入法模型，事件都由IM庫來處理，IM庫先發出XIM_FORWARD_EVENT作爲同步請求，IM服務 器接收到此協議後發出XIM_FORWARD_EVENT或XIM_COMMIT作爲同步應答，雙方完成同步。然後，IM服務器阻塞從IM庫接收到的 XIM_FORWARD_EVENT消息，進行處理，結束後把結果返回到應用程序。

 

 

XIM開發工具IMdkit簡介

IMdkit(IMServer Develops Kit)是X11R6的Xi18n執行工作組發佈的XIM服務器開發工具，它提供了一個低級的C語言接口，把每個IM協議操作都綁定到了簡單的C語言接 口，這樣用戶就可以很容易的使你的IM服務器與XIM客戶程序很容易的通訊，而不用直接處理複雜的IM協議。XIM客戶程序是指利用在X11R6中定義的 XIM API國際化過的應用程序。IMdkit封裝了實際的IM協議操作，這樣用戶自己就不必處理實際包，可以利用它提供的數據結構，簡化了許多細節麻煩；封裝 了不同的傳輸機制（包括X協議，TCP/IP，DECNET），這些協議用來在IM庫和IM服務器之間傳輸數據包；封裝了多種IM協議模型，包括Ximp 和Xi18n。

IMdkit定義了一個不透明的數據結構XIMS，用來抽象輸入法服務器的結構。它由函數IMOpenIM返回，函數IMOpenIM如果成功的話，返回一個XIMS結構，否則返回NULL。

對於每一個XIM協議輸入，在IMdkit的頭文件中都定義了一些相應的結構，對於R6標準的IM協議模型，中定義了所有的IM協議結構。

1)IM協議的通用數據結構

在R6的標準IM協議模型中，所有的事件結構有如下的通用成員：

	typedef	struct{


	int	major_code;


	int	minor_code;


	CARD16	connect_id;


	}

 

major_code和minor_code指定了唯一鑑別這個IM協議類型本身的常量名。connect_id指定了連接的客戶ID。

2)協議處理

一些由IM庫發送的IM協議請求由IMdkit內部處理了，不需要發送到IM服務器。因爲IMdkit會根據你在XIMS結構中設置的值來決定對這個IM協議請求的應答。需要處理的一些IM協議請求參看下面介紹的XIM的實現。

 

XIM的實現

以下討論的具體實現是利用IMdkit開發的XIM服務器。

1.初始化輸入法服務

	ims = IMOpenIM(display,IMModifiers,”Xi18n”,IMServerWindow,window,


		IMServerName,imname,IMLocale,DEFAULT_LOCALE,


		IMServerTransport,transport,IMInputStyles,input_styles,


		IMProtocolHandler,MyProtoHandler,IMEncodingList,encodings,NULL);

 

函數IMOpenIM初始化輸入法服務的連接，並設置一個或多個由變長的參數列表指定的IM的屬性。

下面簡介上面函數中的參數：

Display是當前的屏幕顯示。

IMModifiers定義XIM的協議模型，有兩種：

“Xi18n”指定R6標準的IM協議模型。
“XIMP”指定R5標準的Ximp模型。

IMServerWindow指定IM服務器的窗口以便於與XIM客戶程序進行通訊。

IMServerName指定IM服務器的名字。

IMLocale指定IM服務器支持的locale列表。

IMServerTransport指定IM服務器用來與客戶程序間的通訊技術。

IMIputStyles指定IM服務器支持的輸入風格列表。如：XIMPeeditPosition|XIMStatusNothing爲光標跟隨，不需要狀態顯示風格。下面的具體協議處理就是根據這種風格來介紹的。

IMProtocolHandler指定當IM主循環接收到客戶程序的協議時的時間處理函數。

IMEncodingList指定IM服務器支持的傳輸編碼列表。

2.協議處理函數

下面函數用於處理整個客戶協議，由於篇幅原因，本文只列出了相應的協議，而沒有具體的處理函數，實際應用中，每一個分支都由一個相應的函數來處理。

MyProtoHandler(XIMS ims,IMProtocol *call_data)


{


	switch(call_data->major_code){


	case XIM_OPEN:


	case XIM_CLOSE:


	case XIM_CREATE_IC:


	case XIM_DESTROY_IC:


	case XIM_SET_IC_VALUES:


	case XIM_GET_IC_VALUES:


	case XIM_FORWARD_EVENT:


	case XIM_SET_IC_FOCUS:


	case XIM_UNSET_IC_FOCUS:


	case XIM_RESET_IC:


	case XIM_TRIGGER_NOTIFY:


}


}

 

函數MyProtoHandler是由 IMOpenIM登記的處理客戶程序發送到IM服務器的協議的函數，在參數call_data中有相應的協議。上面列出了一些主要的協議，對於不同的情況 （主要是根據不同的輸入法風格），有一些協議不必處理，或根本不會發生。下面簡介一些主要的協議處理過程。

XIM_OPEN：XIM客戶程序啓動時，要在IM庫和IM服務器之間建立邏輯連接。

XIM_CLOSE：關閉在IM庫和IM服務器之間建立 的邏輯連接。

XIM_CREATE_IC：當客戶程序創建了一個輸入法上下文（IC）時，發送此協議到IM服務器，這時在IM服務器中爲此IC申請了一個相應的結構，用於記錄一些必要的信息，包括字體、位置、前背景色等等。

XIM_DESTROY_IC：當客戶程序退出時，刪除相應的IC，釋放一些與IC相關的存儲空間。

XIM_SET_IC_VALUES：設置當前連接IM服務器的IC的屬性。實際XIM服務器定期發送此協議來修改IC的屬性值。

XIM_GET_IC_VALUES：取得當前連接IM服務器的IC的屬性。

XIM_FORWARD_EVENT： 當有按鍵發生時，客戶程序發送此協議到IM服務器，此按鍵事件放在call_data的event結構中。在相應的處理函數中，讀出相應的鍵值，如果是一 些控制鍵，就作相應的操作，如輸入法的開啓，不同輸入法之間的切換等；如果是輸入法不需要處理的鍵，就直接送回客戶程序，如一些功能鍵，組合鍵等；否則調 用輸入法的處理程序，輸入法處理程序對這個字符進行處理，此時在預編輯區和選擇區會有相應的變化，如果有結果字符串生成，輸入法服務器會按照開始時確定的 編碼方式把這個字符串發送到客戶程序，這樣就完成了一次輸入過程。

XIM_SET_IC_FOCUS：當在不同的應用程序間進行切換時，當前的IC會發生變化，此時新的應用程序會發送此協議到IM服務器，輸入法服務器會改變當前的焦點，當前的一些與IC有關的屬性和全局變量也要有相應的變化。

XIM_UNSET_IC_FOCUS：當前IC失去焦點。在此處可以釋放一些與當前IC相關的資源。

XIM_RESET_IC：重置在IM服務器中的IC的狀態。

XIM_TRIGGER_NOTIFY：IM庫通知IM服務器匹配啓動（on-keys）和關閉（off-keys）的事件發生了。

3.主事件循環

在主程序中要用XselectInput選擇輸入法窗口要處理的所有X事件，

	XSelectInput(display,window,ExposureMask|ButtonPressMask|ButtonReleaseMask|


				ButtonMotionMask|VisibilityChangeMask);

 

然後在主循環中要處理所有這些事件，如下由函數MyXEventHandler完成。

	for(::){


	XNext event;


	XNextEvent(display,&event);


	if (XFilterEvent(&event,NULL)= =True) continue;


	MyXEventHandler(&event);


	}

 

函數MyEventHandler要處理輸入法窗口的事件。包括在屏幕上的顯示，窗口的改變，拖動窗口，及與其他窗口進行通訊等消息。通過此函數，可以使程序達到對用戶友好的目的。

以上三點是一個XIM服務器的必須要處理的，我們還需要包含以下頭文件：X11/Xlib.h、IMdkit.h和Xi18n.h，後面兩個頭文件是IMdkit提供的面向R6標準的一些結構定義。另外連接的時候要連接IMdkit的libXimd.so。

五、小結

以 前的X Window下的輸入法的實現大都是通過截取X的通訊函數的方法來實現在X下的應用程序中進行文本輸入。具體方法是修改libX11.so.6裏面的 XNextEvent函數，當時按鍵事件時，如果此是在中文狀態，就把按鍵消息發送到輸入法去處理，並等待輸入法的迴應。相應的要修改 XlookupString函數，和一些顯示函數。這種方法屬於非標準的方法，在實際應用中如果有一些應用程序通過其它方法接收輸入時，輸入法就會起不到 作用，爲了達到目的需要修改很多應用程序，另外對於其他語言不兼容，每一種語言都要有不同的輸入法，給程序的開發者和應用者帶來了很多困難。採用了XIM 協議後，完全符合國際化標準，這樣X下的應用程序根本不必過多的考慮輸入問題，就可以達到國際化的要求，在不同的語言環境下可以自由的應用，減少了應用程 序開發者的麻煩。

 

參考資料

• 參考文獻
  • [1] Open Software Foundation:X Window System Version 11 Input Method Secifications,November 1990
  • [2] X11R6 Xi18n Implementation Group:IM Server Developers Kit-C Language Interface,May 15 1994