Programmation Curses avec Python

Auteur

A.M. Kuchling, Eric S. Raymond

Version

2.04

Résumé

Ce document décrit comment utiliser le module d'extension curses pour contrôler l'affichage en mode texte.

Qu'est-ce que curses ?

La bibliothèque curses fournit une capacité de dessin à l'écran et de gestion du clavier indépendante du terminal pour les terminaux textuels ; ces terminaux comprennent les VT100, la console Linux et le terminal simulé fourni par divers programmes. Les terminaux d'affichage prennent en charge divers codes de commande pour effectuer des opérations courantes telles que déplacer le curseur, faire défiler l'écran et effacer des zones. Différents terminaux utilisent des codes très différents et ont souvent leurs propres bizarreries mineures.

Dans un monde d'affichages graphiques, on pourrait se demander « pourquoi s'embêter ? ». Il est vrai que les terminaux d'affichage caractère par caractère sont une technologie obsolète, mais il existe des niches pour lesquelles la possibilité de faire des choses fantaisistes est encore précieuse. En exemple de niche, on peut citer les systèmes de type Unix de petite taille ou embarqués qui n'utilisent pas de serveur X. Il y a aussi les outils tels que les installateurs d'OS et les outils de configuration du noyau qui doivent être exécutés avant qu'un support graphique ne soit disponible.

La bibliothèque curses propose des fonctionnalités assez basiques, fournissant au programmeur une abstraction d'affichage contenant plusieurs fenêtres de texte qui ne se chevauchent pas. Le contenu d'une fenêtre peut être modifié de différentes manières — en ajoutant du texte, en l'effaçant ou en changeant son apparence — et la bibliothèque curses trouve quels codes de contrôle doivent être envoyés au terminal pour produire le bon résultat. curses ne fournit pas beaucoup de concepts d'interface utilisateur tels que boutons, cases à cocher ou dialogues ; si vous avez besoin de telles fonctionnalités, pensez à une bibliothèque d'interface utilisateur comme Urwid.

La bibliothèque curses a été écrite à l'origine pour BSD Unix ; les dernières versions System V d'Unix d'AT&T ont ajouté de nombreuses améliorations et de nouvelles fonctions. BSD curses n'est plus maintenu, ayant été remplacé par ncurses, qui est une implémentation open-source de l'interface AT&T. Si vous utilisez un Unix open-source comme Linux ou FreeBSD, votre système utilise presque certainement ncurses. Comme la plupart des versions commerciales actuelles d'Unix sont basées sur le code System V, toutes les fonctions décrites ici seront probablement disponibles. Les anciennes versions de curses portées par certains Unix propriétaires pourraient ne pas gérer toutes les fonctions.

La version Windows de Python n'inclut pas le module curses. Une version portée appelée UniCurses est disponible.

Le module curses de Python

Le module Python est une surcouche assez simple enrobant les fonctions C fournies par curses ; si vous êtes déjà familier avec la programmation curses en C, il est très facile de transférer cette connaissance à Python. La plus grande différence est que l'interface Python simplifie les choses en fusionnant différentes fonctions C telles que addstr(), mvaddstr() et mvwaddstr() en une seule méthode addstr(). Nous voyons cela plus en détail ci-après.

Ce guide pratique est une introduction à l'écriture de programmes en mode texte avec curses et Python. Il n'essaie pas d'être un guide complet de l'API curses ; pour cela, consultez la section du guide de la bibliothèque Python sur ncurses et les pages du manuel C pour ncurses. Il vous donne cependant les idées de base.

Lancement et arrêt une application curses

Avant de faire quoi que ce soit, curses doit être initialisé. Appelez pour cela la fonction initscr(), elle détermine le type de terminal, envoie tous les codes de configuration requis au terminal et crée diverses structures de données internes. En cas de succès, initscr() renvoie un objet fenêtre représentant l'écran entier ; il est généralement appelé stdscr d'après le nom de la variable C correspondante.

import curses
stdscr = curses.initscr()

Habituellement, les applications curses désactivent l'écho automatique des touches à l'écran, afin de pouvoir lire les touches et ne les afficher que dans certaines circonstances. Cela nécessite d'appeler la fonction noecho().

curses.noecho()

Également, les applications réagissent généralement instantanément aux touches sans qu'il soit nécessaire d'appuyer sur la touche Entrée ; c'est ce qu'on appelle le mode cbreak, par opposition au mode d'entrée habituel avec un tampon.

curses.cbreak()

Les terminaux renvoient généralement les touches spéciales, telles que les touches de curseur ou les touches de navigation (Page précédente et Accueil par exemple), comme une séquence d'échappement sur plusieurs octets. Bien que vous puissiez écrire votre application pour vous attendre à de telles séquences et les traiter en conséquence, curses peut le faire pour vous, renvoyant une valeur spéciale telle que curses.KEY_LEFT. Pour que curses fasse le travail, vous devez activer le mode keypad.

stdscr.keypad(True)

Arrêter une application curses est beaucoup plus facile que d'en démarrer une. Appelez :

curses.nocbreak()
stdscr.keypad(False)
curses.echo()

pour inverser les réglages du terminal mis en place pour curses. Ensuite, appelez la fonction enddwin() pour restaurer le terminal dans son mode de fonctionnement original.

curses.endwin()

Un problème courant lors du débogage d'une application curses est de se retrouver avec un terminal sans queue ni tête lorsque l'application meurt sans restaurer le terminal à son état précédent. Avec Python, cela arrive souvent lorsque votre code est bogué et lève une exception non interceptée. Les touches ne sont plus répétées à l'écran lorsque vous les tapez, par exemple, ce qui rend l'utilisation de l'interface de commande du shell difficile.

En Python, vous pouvez éviter ces complications et faciliter le débogage en important la fonction curses.wrapper() et en l'utilisant comme suit :

from curses import wrapper

def main(stdscr):
    # Clear screen
    stdscr.clear()

    # This raises ZeroDivisionError when i == 10.
    for i in range(0, 11):
        v = i-10
        stdscr.addstr(i, 0, '10 divided by {} is {}'.format(v, 10/v))

    stdscr.refresh()
    stdscr.getkey()

wrapper(main)

La fonction wrapper() prend un objet appelable et fait les initialisations décrites ci-dessus, initialisant également les couleurs si la gestion des couleurs est possible. wrapper() lance l'appelable fourni. Une fois que l'appelable termine, wrapper() restaure l'état d'origine du terminal. L'appelable est appelé à l'intérieur d'un try...except qui capture les exceptions, restaure l'état du terminal, puis relève l'exception. Par conséquent, votre terminal ne reste pas dans un drôle d'état au moment de l'exception et vous pourrez lire le message de l'exception et la trace de la pile d'appels.

Fenêtres et tampons (pads en anglais)

Les fenêtres sont l'abstraction de base de curses. Un objet fenêtre représente une zone rectangulaire de l'écran qui gère des méthodes pour afficher du texte, l'effacer, permettre à l'utilisateur de saisir des chaînes, etc.

L'objet stdscr renvoyé par la fonction initscr() est un objet fenêtre qui couvre l'écran entier. De nombreux programmes peuvent n'avoir besoin que de cette fenêtre unique, mais vous pouvez diviser l'écran en fenêtres plus petites, afin de les redessiner ou de les effacer séparément. La fonction newwin() crée une nouvelle fenêtre d'une taille donnée, renvoyant le nouvel objet fenêtre.

begin_x = 20; begin_y = 7
height = 5; width = 40
win = curses.newwin(height, width, begin_y, begin_x)

Notez que le système de coordonnées utilisé dans curses est inhabituel. Les coordonnées sont toujours passées dans l'ordre y,x et le coin supérieur gauche d'une fenêtre a pour coordonnées (0,0). Ceci rompt la convention normale des coordonnées où la coordonnée x vient en premier. C'est une différence malheureuse par rapport à la plupart des autres applications informatiques, mais elle fait partie de curses depuis qu'il a été écrit et il est trop tard pour changer les choses maintenant.

Votre application peut déterminer la taille de l'écran en utilisant les variables curses.LINES et curses.COLS pour obtenir les tailles y et x. Les coordonnées licites s'étendent alors de (0,0) à (curses.LINES - 1, curses.COLS - 1).

Quand vous appelez une méthode pour afficher ou effacer du texte, l'affichage ne le reflète pas immédiatement. Vous devez appeler la méthode refresh() des objets fenêtre pour mettre à jour l'écran.

C'est parce que curses a été écrit du temps des terminaux avec une connexion à 300 bauds seulement ; avec ces terminaux, il était important de minimiser le temps passé à redessiner l'écran. curses calcule donc les modifications à apporter à l'écran pour les afficher de la manière la plus efficace au moment où la méthode refresh() est appelée. Par exemple, si votre programme affiche du texte dans une fenêtre puis efface cette fenêtre, il n'est pas nécessaire de l'afficher puisqu'il ne sera jamais visible.

Pratiquement, le fait de devoir indiquer explicitement à curses de redessiner une fenêtre ne rend pas la programmation plus compliquée. La plupart des programmes effectuent une rafale de traitements puis attendent qu'une touche soit pressée ou toute autre action de la part de l'utilisateur. Tout ce que vous avez à faire consiste à vous assurer que l'écran a bien été redessiné avant d'attendre une entrée utilisateur, en appelant d'abord stdscr.refresh() ou la méthode refresh() de la fenêtre adéquate.

Un tampon (pad en anglais) est une forme spéciale de fenêtre ; il peut être plus grand que l'écran effectif et il est possible de n'afficher qu'une partie du tampon à la fois. La création d'un tampon nécessite de fournir sa hauteur et sa largeur, tandis que pour le rafraîchissement du tampon, vous devez fournir les coordonnées de la zone de l'écran où une partie du tampon sera affichée.

pad = curses.newpad(100, 100)
# These loops fill the pad with letters; addch() is
# explained in the next section
for y in range(0, 99):
    for x in range(0, 99):
        pad.addch(y,x, ord('a') + (x*x+y*y) % 26)

# Displays a section of the pad in the middle of the screen.
# (0,0) : coordinate of upper-left corner of pad area to display.
# (5,5) : coordinate of upper-left corner of window area to be filled
#         with pad content.
# (20, 75) : coordinate of lower-right corner of window area to be
#          : filled with pad content.
pad.refresh( 0,0, 5,5, 20,75)

L'appel à refresh() affiche une partie du tampon dans le rectangle formé par les coins de coordonnées (5,5) et (20,75) de l'écran ; le coin supérieur gauche de la partie affichée a pour coordonnées (0,0) dans le tampon. À part cette différence, les tampons sont exactement comme les fenêtres ordinaires et gèrent les mêmes méthodes.

Si vous avez plusieurs fenêtres et tampons sur l'écran, il existe un moyen plus efficace pour rafraîchir l'écran et éviter des scintillements agaçants à chaque mise à jour. refresh() effectue en fait deux choses :

  1. elle appelle la méthode noutrefresh() de chaque fenêtre pour mettre à jour les données sous-jacentes qui permettent d'obtenir l'affichage voulu ;

  2. elle appelle la fonction doupdate() pour modifier l'écran physique afin de correspondre à l'état défini par les données sous-jacentes.

Vous pouvez ainsi appeler noutrefresh() sur les fenêtres dont vous voulez mettre à jour des données, puis doupdate() pour mettre à jour l'écran.

Affichage de texte

D'un point de vue de programmeur C, curses peut parfois ressembler à un enchevêtrement de fonctions, chacune ayant sa subtilité. Par exemple, addstr() affiche une chaîne à la position actuelle du curseur de la fenêtre stdscr, alors que mvaddstr() se déplace d'abord jusqu'aux coordonnées (y,x) avant d'afficher la chaîne. waddstr() est comme addstr(), mais permet de spécifier la fenêtre au lieu d'utiliser stdscr par défaut. mvwaddstr() permet de spécifier à la fois les coordonnées et la fenêtre.

Heureusement, l'interface Python masque tous ces détails. stdscr est un objet fenêtre comme les autres et les méthodes telles que addstr() acceptent leurs arguments sous de multiples formes, habituellement quatre.

Forme

Description

str ou ch

Affiche la chaîne str ou le caractère ch à la position actuelle

str ou ch, attr

Affiche la chaîne str ou le caractère ch, en utilisant l'attribut attr à la position actuelle

y, x, str ou ch

Se déplace à la position y,x dans la fenêtre et affiche la chaîne str ou le caractère ch

y, x, str ou ch, attr

Se déplace à la position y,x dans la fenêtre et affiche la chaîne str ou le caractère ch en utilisant l'attribut attr

Les attributs permettent de mettre en valeur du texte : gras, souligné, mode vidéo inversé ou en couleur. Nous les voyons plus en détail dans la section suivante.

La méthode addstr() prend en argument une chaîne ou une suite d'octets Python. Le contenu des chaînes d'octets est envoyé vers le terminal tel quel. Les chaînes sont encodées en octets en utilisant la valeur de l'attribut encoding de la fenêtre ; c'est par défaut l'encodage du système tel que renvoyé par locale.getpreferredencoding().

Les méthodes addch() prennent un caractère, soit sous la forme d'une chaîne de longueur 1, d'une chaîne d'octets de longueur 1 ou d'un entier.

Des constantes sont disponibles pour étendre les caractères ; ces constantes sont des entiers supérieurs à 255. Par exemple, ACS_PLMINUS correspond au symbole +/- et ACS_ULCORNER correspond au coin en haut et à gauche d'une boîte (utile pour dessiner des encadrements). Vous pouvez aussi utiliser les caractères Unicode adéquats.

Windows se souvient de l'endroit où le curseur était positionné lors de la dernière opération, de manière à ce que si vous n'utilisez pas les coordonnées y,x, l'affichage se produit au dernier endroit utilisé. Vous pouvez aussi déplacer le curseur avec la méthode move(y,x). Comme certains terminaux affichent un curseur clignotant, vous pouvez ainsi vous assurer que celui-ci est positionné à un endroit où il ne distrait pas l'utilisateur (il peut être déroutant d'avoir un curseur qui clignote à des endroits apparemment aléatoires).

Si votre application n'a pas besoin d'un curseur clignotant, vous pouvez appeler curs_set(False) pour le rendre invisible. Par souci de compatibilité avec les anciennes versions de curses, il existe la fonction leaveok(bool) qui est un synonyme de curs_set(). Quand bool vaut True, la bibliothèque curses essaie de supprimer le curseur clignotant et vous n'avez plus besoin de vous soucier de le laisser trainer à des endroits bizarres.

Attributs et couleurs

Les caractères peuvent être affichés de différentes façons. Les lignes de statut des applications en mode texte sont généralement affichées en mode vidéo inversé ; vous pouvez avoir besoin de mettre en valeur certains mots. À ces fins, curses vous permet de spécifier un attribut pour chaque caractère à l'écran.

Un attribut est un entier dont chaque bit représente un attribut différent. Vous pouvez essayer d'afficher du texte avec plusieurs attributs définis simultanément mais curses ne garantit pas que toutes les combinaisons soient prises en compte ou que le résultat soit visuellement différent. Cela dépend de la capacité de chaque terminal utilisé, il est donc plus sage de se cantonner aux attributs les plus communément utilisés, dont la liste est fournie ci-dessous.

Attribut

Description

A_BLINK

Texte clignotant

A_BOLD

Texte en surbrillance ou en gras

A_DIM

Texte en demi-ton

A_REVERSE

Texte en mode vidéo inversé

A_STANDOUT

Le meilleur mode de mis en valeur pour le texte

A_UNDERLINE

Texte souligné

Ainsi, pour mettre la ligne de statut située en haut de l'écran en mode vidéo inversé, vous pouvez coder :

stdscr.addstr(0, 0, "Current mode: Typing mode",
              curses.A_REVERSE)
stdscr.refresh()

La bibliothèque curses gère également les couleurs pour les terminaux compatibles. Le plus répandu de ces terminaux est sûrement la console Linux, suivie par xterm en couleurs.

Pour utiliser les couleurs, vous devez d'abord appeler la fonction start_color() juste après avoir appelé initscr() afin d'initialiser (la fonction curses.wrapper() le fait automatiquement). Ensuite, la fonction has_colors() renvoie True si le terminal utilisé gère les couleurs (note : curses utilise l'orthographe américaine color et non pas l'orthographe britannique ou canadienne colour ; si vous êtes habitué à l'orthographe britannique, vous devrez vous résigner à mal l'orthographier tant que vous utilisez curses).

La bibliothèque curses maintient un nombre restreint de paires de couleurs, constituées d'une couleur de texte (foreground) et de fond (background). Vous pouvez obtenir la valeur des attributs correspondant à une paire de couleur avec la fonction color_pair() ; cette valeur peut être combinée bit par bit (avec la fonction OR) avec les autres attributs tels que A_REVERSE,mais là encore, de telles combinaisons risquent de ne pas fonctionner sur tous les terminaux.

Un exemple d'affichage d'une ligne de texte en utilisant la paire de couleur 1 :

stdscr.addstr("Pretty text", curses.color_pair(1))
stdscr.refresh()

Comme indiqué auparavant, une paire de couleurs est constituée d'une couleur de texte et d'une couleur de fond. La fonction init_pair(n, f, b) change la définition de la paire de couleurs n, en définissant la couleur de texte à f et la couleur de fond à b. La paire de couleurs 0 est codée en dur à blanc sur noir et ne peut être modifiée.

Les couleurs sont numérotées et start_color() initialise 8 couleurs basiques lors de l'activation du mode en couleurs. Ce sont : 0 pour noir (black), 1 pour rouge (red), 2 pour vert (green), 3 pour jaune (yellow), 4 pour bleu (blue), 5 pour magenta, 6 pour cyan et 7 pour blanc (white). Le module curses définit des constantes nommées pour chacune de ces couleurs : curses.COLOR_BLACK, curses.COLOR_RED et ainsi de suite.

Testons tout ça. Pour changer la couleur 1 à rouge sur fond blanc, appelez :

curses.init_pair(1, curses.COLOR_RED, curses.COLOR_WHITE)

Quand vous modifiez une paire de couleurs, tout le texte déjà affiché qui utilise cette paire de couleur voit les nouvelles couleurs s'appliquer à lui. Vous pouvez aussi afficher du nouveau texte dans cette couleur avec :

stdscr.addstr(0,0, "RED ALERT!", curses.color_pair(1))

Les terminaux « de luxe » peuvent définir les couleurs avec des valeurs RGB. Cela vous permet de modifier la couleur 1, habituellement rouge, en violet ou bleu voire toute autre couleur selon votre goût. Malheureusement, la console Linux ne gère pas cette fonctionnalité, je suis donc bien incapable de la tester et de vous en fournir un exemple. Vous pouvez vérifier si votre terminal la prend en charge en appelant can_change_color(), qui renvoie True en cas de succès. Si vous avez la chance d'avoir un terminal aussi perfectionné, consultez les pages du manuel de votre système pour obtenir plus d'informations.

Entrées de l'utilisateur

La bibliothèque C curses ne propose que quelques mécanismes très simples pour les entrées. Le module curses y ajoute un widget basique d'entrée de texte (d'autres bibliothèques telles que Urwid ont un ensemble de widgets plus conséquent).

Il y a deux méthodes pour obtenir des entrées dans une fenêtre :

  • getch() rafraîchit l'écran et attend que l'utilisateur appuie sur une touche, affichant cette touche si echo() a été appelé auparavant. Vous pouvez en option spécifier des coordonnées où positionner le curseur avant la mise en pause ;

  • getkey() effectue la même chose mais convertit l'entier en chaîne. Les caractères individuels sont renvoyés en chaînes de longueur 1 alors que les touches spéciales (telles que les touches de fonction) renvoient des chaînes plus longues contenant le nom de la touche (tel que KEY_UP ou ^G).

Il est possible de ne pas attendre l'utilisateur en utilisant la méthode de fenêtre nodelay(). Après nodelay(True), les méthodes de fenêtre getch() et getkey() deviennent non bloquantes. Pour indiquer qu'aucune entrée n'a eu lieu, getch() renvoie curses.ERR (ayant pour valeur −1) et getkey() lève une exception. Il existe aussi la fonction halfdelay(), qui peut être utilisée pour définir un délai maximal pour chaque getch() ; si aucune entrée n'est disponible dans le délai spécifié (mesuré en dixièmes de seconde), curses lève une exception.

La méthode getch() renvoie un entier ; s'il est entre 0 et 255, c'est le code ASCII de la touche pressée. Les valeurs supérieures à 255 sont des touches spéciales telles que Page Précédente, Accueil ou les touches du curseur. Vous pouvez comparer la valeur renvoyée aux constantes curses.KEY_PPAGE, curses.KEY_HOME, curses.KEY_LEFT, etc. La boucle principale de votre programme pourrait ressembler à quelque chose comme :

while True:
    c = stdscr.getch()
    if c == ord('p'):
        PrintDocument()
    elif c == ord('q'):
        break  # Exit the while loop
    elif c == curses.KEY_HOME:
        x = y = 0

Le module curses.ascii fournit des fonctions pour déterminer si l'entier ou la chaîne de longueur 1 passés en arguments font partie de la classe ASCII ; elles peuvent s'avérer utile pour écrire du code plus lisible dans ce genre de boucles. Il fournit également des fonctions de conversion qui prennent un entier ou une chaîne de longueur 1 en entrée et renvoient le type correspondant au nom de la fonction. Par exemple, curses.ascii.ctrl() renvoie le caractère de contrôle correspondant à son paramètre.

Il existe aussi une méthode pour récupérer une chaîne entière, getstr(). Elle n'est pas beaucoup utilisée car son utilité est limitée : les seules touches d'édition disponibles sont le retour arrière et la touche Entrée, qui termine la chaîne. Elle peut, en option, être limitée à un nombre fixé de caractères.

curses.echo()            # Enable echoing of characters

# Get a 15-character string, with the cursor on the top line
s = stdscr.getstr(0,0, 15)

Le module curses.textpad fournit un type de boîte texte qui gère des touches de fonctions à la façon d'Emacs. Plusieurs méthodes de la classe Textbox gèrent l'édition avec la validation des entrées et le regroupement de l'entrée avec ou sans les espaces de début et de fin. Par exemple :

import curses
from curses.textpad import Textbox, rectangle

def main(stdscr):
    stdscr.addstr(0, 0, "Enter IM message: (hit Ctrl-G to send)")

    editwin = curses.newwin(5,30, 2,1)
    rectangle(stdscr, 1,0, 1+5+1, 1+30+1)
    stdscr.refresh()

    box = Textbox(editwin)

    # Let the user edit until Ctrl-G is struck.
    box.edit()

    # Get resulting contents
    message = box.gather()

Consultez la documentation de la bibliothèque pour plus de détails sur curses.textpad.

Pour aller plus loin

Ce guide pratique ne couvre pas certains sujets avancés, tels que la lecture du contenu de l'écran ou la capture des événements relatifs à la souris dans une instance xterm, mais la page de la bibliothèque Python du module curses est maintenant suffisamment complète. Nous vous encourageons à la parcourir.

Si vous vous posez des questions sur le fonctionnement précis de fonctions curses, consultez les pages de manuel de l'implémentation curses de votre système, que ce soit ncurses ou une version propriétaire Unix. Les pages de manuel documentent toutes les bizarreries et vous donneront les listes complètes des fonctions, attributs et codes ACS_* des caractères disponibles.

Étant donné que l'API curses est si volumineuse, certaines fonctions ne sont pas prises en charge dans l'interface Python. Souvent, ce n'est pas parce qu'elles sont difficiles à implémenter, mais parce que personne n'en a eu encore besoin. De plus, Python ne prend pas encore en charge la bibliothèque de gestion des menus associée à ncurses. Les correctifs ajoutant cette prise en charge seraient bienvenus ; reportez-vous au guide du développeur Python pour apprendre comment soumettre des améliorations à Python.