Programação em Curses com Python
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Autor:
   A.M. Kuchling, Eric S. Raymond

Versão:
   2.04


Resumo
^^^^^^

Este documento descreve como usar o módulo de extensão "curses" para
controlar visualizações em modo texto.


O que é curses?
===============

A biblioteca curses fornece formas que facilitam a impressão no
terminal e o tratamento de entrada via teclado para interfaces de
terminal baseadas em texto, tais como VT100s, o console Linux, e
emuladores de terminais fornecidos por vários programas. Terminais
visuais suportam vários códigos de controle para executar várias
operações comuns como mover o cursor, apagar áreas e rolagem de tela.
Diferentes terminais usam uma gama de diferentes códigos, e
frequentemente têm suas próprias peculiaridades.

No mundo dos displays gráficos, uma pergunta pode vir à tona "por que
isso, jovem?". É verdade que os terminais de exibição de caracteres
são uma tecnologia obsoleta, mas há nichos nos quais a capacidade de
fazer coisas sofisticadas com eles continua sendo valorizada. Um nicho
são os Unixes de baixa pegada de recursos ou embarcados, que não rodam
um servidor X, ou seja, não possuem interface gráfica. Outro nicho é o
de ferramentas como instaladores de sistemas operacionais e
configurações de kernels que podem precisar rodar antes que qualquer
suporte a interfaces gráficas esteja disponível.

A biblioteca curses fornece funcionalidades bastante básicas,
proporcionando ao programador uma abstração de um monitor contendo
janelas de texto não sobrepostas. Os conteúdos de uma janela podem ser
modificados de diversas formas---adicionando texto, apagando-o,
modificando sua aparência---e a biblioteca curses irá descobrir quais
códigos de controle precisam ser enviados ao terminal para produzir a
saída correta. A biblioteca curses não fornece muitos conceitos de
interface de usuário como botões, caixas de seleção ou diálogos; se
você precisar desses recursos, considere uma biblioteca de interface
de usuário como Urwid.

A biblioteca curses foi originalmente escrita para o BSD Unix; as
versões mais recentes do System V do Unix da AT&T adicionaram muitos
aprimoramentos e novas funções. A BSD curses não é mais mantida, tendo
sido substituída pela ncursess, que é uma implementação de código
aberto da interface da AT&T. Se você estiver usando um sistema
operacional de código aberto baseado em Unix, tal como Linux ou
FreeBSD, seu sistema provavelmente usa ncurses. Uma vez que a maioria
das versões comerciais do Unix são baseadas no código do System V,
todas as funções descritas aqui provavelmente estarão disponíveis. No
entanto, as versões antigas de curses carregadas por alguns Unixes
proprietários podem não prover tudo.

A versão do Python para Windows não inclui o módulo "curses". Uma
versão portada chamada UniCurses está disponível.


O módulo curses de Python
-------------------------

O módulo Python é um invólucro razoavelmente simples sobre as funções
C disponibilizadas pela curses; Se você já estiver familiarizado com
programação curses em C, é bem fácil transmitir esse conhecimento para
o Python. A maior diferença é que a interface Python simplifica as
coisas ao juntar diferentes funções C como "addstr()", "mvaddstr()" e
"mvwaddstr()" em um único método "addstr()". Veremos isso mais
adiante.

Este documento é uma introdução à escrita de programas em modo texto
com curses e Python. Isto não pretende ser um guia completo da API
curses; para isso, veja a seção ncurses no guia da biblioteca Python,
e o manual de ncurses. Isto, no entanto, lhe dará uma ideia básica.


Começando e terminando uma aplicação curses
===========================================

Antes de qualquer coisas, a curses precisa ser inicializada. Para
isso, chame a função "initscr()", que vai determinar o tipo do
terminal, enviar para ele quaisquer códigos de inicialização
necessários, e criar várias estruturas de dados internas. Se bem-
sucedida, a "initscr()" retorna um objeto de janela representando a
tela inteira; ele é comumente chamado "stdscr" por causa da variável C
correspondente.

   import curses
   stdscr = curses.initscr()

Geralmente aplicações curses desativam o envio automático de teclas
para a tela, para que seja possível ler teclas e exibi-las somente sob
certas circunstâncias. Isto requer a chamada da função "noecho()".

   curses.noecho()

Aplicações também irão comumente precisar reagir a teclas
instantaneamente, sem requisitar que a tecla Enter seja pressionada;
isto é chamado de modo cbreak, ao contrário do modo de entrada
buferizada usual.

   curses.cbreak()

Terminais geralmente retornam teclas especiais, como as teclas de
cursor ou de navegação como Page Up e Home, como uma sequência de
escape mutibyte. Enquanto você poderia escrever sua aplicação para
esperar essas sequências e processá-las de acordo, curses pode fazer
isto para você, retornando um valor especial como "curses.KEY_LEFT".
Para permitir que curses faça esse trabalho, você precisará habilitar
o modo keypad.

   stdscr.keypad(True)

Finalizar uma aplicação curses é mais fácil do que iniciar uma. Você
precisará executar:

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

para reverter as configurações de terminal usadas pela biblioteca
curses. Então, chame a função "endwin()" para restaurar o terminal
para seu modo de operação original.

   curses.endwin()

Um problema comum ao depurar uma aplicação curses é deixar seu
terminal bagunçado quando a aplicação para sem restaurar o terminal ao
seu estado anterior. Em Python isto comumente acontece quando seu
código está com problemas e levanta uma exceção não capturada. As
teclas não são mais enviadas para a tela quando você as digita, por
exemplo, o que torna difícil utilizar o shell.

No Python você pode evitar essas complicações e fazer depurações de
forma mais simples importando a função "curses.wrapper()" e
utilizando-a desta forma:

   from curses import wrapper

   def main(stdscr):
       # Limpa a tela
       stdscr.clear()

       # Levanta ZeroDivisionError quando i == 10.
       for i in range(0, 11):
           v = i-10
           stdscr.addstr(i, 0, '10 dividido por {} é {}'.format(v, 10/v))

           stdscr.refresh()
           stdscr.getkey()

   wrapper(main)

A função "wrapper()" leva um objeto chamável e faz as inicializações
descritas acima, inicializando também as cores se o terminal as
prover. A "wrapper()" então roda o chamável. Quando ele retornar, a
"wrapper()" vai restaurar o estado original do terminal. O chamável é
chamado dentro de um bloco "try"..."except" que captura exceções,
restaura o estado do terminal, e então as levanta novamente. Dessa
forma, o seu terminal não vai ser deixado em nenhum estado
engraçadinho caso haja qualquer erro, e você poderá ler a mensagem e o
traceback da exceção.


Janelas e Pads
==============

Janelas são a abstração mais básica em curses. Uma objeto janela
representa uma área retangular da tela, e provê métodos para exibir
texto, apagá-lo, e permitir ao usuário inserir strings, e assim por
diante.

O objeto "stdscr" retornado pela função "initscr()" é um objeto janela
que cobre a tela inteira. Muitos programas podem precisar apenas desta
janela única, mas você poderia desejar dividir a tela em janelas
menores, a fim de redefini-las ou limpá-las separadamente. A função
"newwin()" cria uma nova janela de um dado tamanho, retornando o novo
objeto janela.

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

Note que o sistema de coordenadas utilizado na curses é incomum.
Coordenadas geralmente são passadas na ordem *y,x*, e o canto
superior-esquerdo da janela é a coordenada (0,0). Isto quebra a
convenção normal para tratar coordenadas onde a coordenada *x* vem
primeiro. Isto é uma diferença infeliz da maioria das aplicações
computacionais, mas tem sido parte da curses desde que ela foi
inicialmente escrita, e agora é tarde demais para mudar isso.

Sua aplicação pode determinar o tamanho da tela usando as variáveis
"curses.LINES" e "curses.COLS" para obter os tamanhos *y* e *x*.
Coordenadas válidas vão variar de "(0,0)" até "(curses.LINES - 1,
curses.COLS - 1)".

Quando você chamar um método para exibir ou apagar texto, o efeito não
é exibido imediatamente na tela. Em vez disso você deve chamar o
método "refresh()" dos objetos janela para atualizar a tela.

Isso é porque a curses foi desenvolvida originalmente no contexto de
conexões lentas de até 300 Bauds com o terminal; para esses terminais,
minimizar o tempo necessário para redesenhar a tela era
importantíssimo. No lugar disso, a curses acumula mudanças na tela, e
as exibe da forma mais eficiente possível quando você chama
"refresh()". Por exemplo, se o seu programa mostra um texto em uma
janela e então limpa a janela, não tem porque enviar o texto original
já que ele nunca seria visível.

Na prática, ficar pedindo ao curses explicitamente para redesenhar a
tela não torna a programação com ele tão complicada assim. A maioria
dos programas faz uma enxurrada de atividades, e então pausa esperando
uma tecla digitada ou alguma outra ação por parte do usuário. Tudo que
você deve fazer é garantir que a tela foi redesenhada antes de pausar
esperando pela entrada do usuário, chamando antes a "stdscr.refresh()"
ou o método "refresh()" de alguma outra janela apropriada.

Um pad é um caso especial de janela; ele pode ser mais largo que a
tela atual, e apenas uma porção do pad exibido por vez. Criar um pad
requer sua altura e largura, enquanto atualizar o pad requer dar as
coordenadas da área na tela onde uma subseção do pad será exibida.

   pad = curses.newpad(100, 100)
   # Estes laços preenchem o pad com letras; a addch()
   # é explicada na seção a seguir.
   for y in range(0, 99):
       for x in range(0, 99):
           pad.addch(y,x, ord('a') + (x*x+y*y) % 26)

   # Exibe um pedaço de um pad no meio da tela.
   # (0,0) : coordenada do canto superior esquerdo da área do pad a ser
   #         exibida.
   # (5,5) : coordenada do canto superior esquerdo da área da janela a ser
   #         preenchida com o conteúdo do pad.
   # (20, 75) : coordenada inferior direita da área da janela a ser
   #          : preenchida com o conteúdo do pad.
   pad.refresh( 0,0, 5,5, 20,75)

A chamada da "refresh()" exibe um pedaço do pad no retângulo que vai
da coordenada (5,5) à coordenada (20,75) da tela; o canto superior
esquerdo do pedaço exibido corresponde à coordenada (0,0) do pad. Fora
essa diferença, pads são exatamente como janelas comuns, e provêm os
mesmos métodos.

Se você tem múltiplas janelas e pads na tela, existe um modo mais
eficiente de atualizar a tela que evita as cintilações irritantes que
ocorrem à medida que cada parte da tela vai sendo atualizada. O
"refresh()" na verdade faz duas coisas:

1. Chama o método "noutrefresh()" de cada janela para atualizar uma
   estrutura de dados subjacente representando o estado desejado da
   tela.

2. Chama a função "doupdate()" para modificar a tela física para
   corresponder com o estado desejado presente na estrutura de dados.

Em vez disso você pode chamar "noutrefresh()" em várias janelas para
atualizar a estrutura de dados, e então chamar "doupdate()" para
atualizar a tela.


Exibindo texto
==============

Do ponto de vista de um programador C, a curses à vezes pode parecer
como um labirinto sinuoso de funções, todas ligeiramente diferentes.
Por exemplo, "addstr()" exibe uma string na posição atual do cursor na
janela "stdscr", enquanto "mvaddstr()" primeiro move o cursor para uma
dada coordenada y,x antes de exibir a string. A "waddstr()" é como a
"addstr()", mas permite especificar uma janela para utilizar em vez de
usar a "stdscr" por padrão. A "mvwaddstr()" permite especificar tanto
uma janela quanto uma coordenada.

Felizmente, a interface do Python oculta todos estes detalhes.
"stdscr" é um objeto de janela como qualquer outro, e métodos como
"addstr()" aceitam múltiplas formas de argumentos.

+-----------------------------------+-------------------------------------------------+
| Forma                             | Descrição                                       |
|===================================|=================================================|
| *str* ou *ch*                     | Mostra a string *str* ou caractere *ch* na      |
|                                   | posição atual.                                  |
+-----------------------------------+-------------------------------------------------+
| *str* ou *ch*, *attr*             | Mostra a string *str* ou caractere *ch*, usando |
|                                   | o atributo *attr* na posição atual.             |
+-----------------------------------+-------------------------------------------------+
| *y*, *x*, *str* ou *ch*           | Move para a posição *y,x* dentro da janela, e   |
|                                   | exibe *str* ou *ch*                             |
+-----------------------------------+-------------------------------------------------+
| *y*, *x*, *str* ou *ch*, *attr*   | Mover para a posição *y,x* dentro da janela, e  |
|                                   | exibir *str* ou *ch*, usando o atributo *attr*  |
+-----------------------------------+-------------------------------------------------+

Atributos permitem exibir texto de formas destacadas como negrito,
sublinhado, código invertido, ou colorido. Elas serão explicadas em
mais detalhes na próxima subseção.

O método "addstr()" recebe uma string ou bytestring Python como valor
a ser exibido. os conteúdos de bytestrings são enviados ao terminal
tais como estão. Strings são codificadas em bytes usando o valor do
atributo "encoding" da janela; o valor padrão usado é a codificação
padrão do sistema como retornado por "locale.getencoding()".

Os métodos "addch()" pegam um caractere, que pode ser tanto uma string
de comprimento 1, um bytestring de comprimento 1, ou um inteiro.

Constantes são providas para caracteres de extensão; estas constantes
são inteiros maiores que 255. Por exemplo, "ACS_PLMINUS" é um símbolo
de +/-, e "ACS_ULCORNER" é o canto superior esquerdo de uma caixa
(útil para desenhar bordas). Você pode usar o caractere Unicode
apropriado.

Janelas lembram onde o cursor estava após a última operação, então se
você omitir as coordenadas *y,x*, a string ou caractere serão exibidos
onde quer que a última operação foi deixada. Você também pode mover o
cursos com o método "move(y,x)". Porque alguns terminais sempre exibem
um cursos piscando, você pode querer garantir que o cursor está
posicionado em algum local onde ele não será uma distração; pode ser
confuso ter o cursor piscando em um local aparentemente aleatório.

Se sua aplicação não necessita de forma alguma de um cursor piscando,
você pode chamar "curs_set(False)" para torná-lo invisível. Para
compatibilidade com versões anteriores de curses, há a função
"leaveok(bool)" que é um sinônimo para "curs_set()". Quando *bool* é
verdadeiro, a biblioteca curses tentará suprimir o cursor piscando, e
você não precisará se preocupar ao deixá-lo em localizações incomuns.


Atributos e Cor
---------------

Caracteres podem ser exibidos de diferentes formas. Linhas de status
em aplicações baseadas em texto são tradicionalmente exibidas em vídeo
reverso, ou um visualizador de texto pode precisar destacar certas
palavras. Para isso, a curses permite que você especifique um atributo
para cada célula na tela.

Um atributo é um inteiro em que cada bit representa um atributo
diferente. Você sempre pode tentar exibir texto com múltiplos bits de
atributo ligados ao mesmo tempo, mas a curses não garante que todas as
combinações possíveis estarão disponíveis, ou que elas são todas
visualmente distintas. Isso depende da habilidade do terminal sendo
usado, de forma que é mais seguro se ater aos atributos mais comumente
disponíveis, listados aqui.

+------------------------+----------------------------------------+
| Atributo               | Descrição                              |
|========================|========================================|
| "A_BLINK"              | Texto piscante                         |
+------------------------+----------------------------------------+
| "A_BOLD"               | Texto em negrito ou brilho extra       |
+------------------------+----------------------------------------+
| "A_DIM"                | Texto em brilho médio                  |
+------------------------+----------------------------------------+
| "A_REVERSE"            | Texto em vídeo reverso                 |
+------------------------+----------------------------------------+
| "A_STANDOUT"           | O modo mais destacado disponível       |
+------------------------+----------------------------------------+
| "A_UNDERLINE"          | Texto sublinhado                       |
+------------------------+----------------------------------------+

Assim, pra exibir uma linha de status em vídeo reverso na linha no
topo da tela, você poderia escrever:

   stdscr.addstr(0, 0, "Modo atual: Modo de digitação",
                 curses.A_REVERSE)
   stdscr.refresh()

A biblioteca curses também permite o uso de cores nos terminais que as
provêm. Destes, o terminal mais comum é provavelmente o console Linux,
seguido pelos xterms com cores.

Para usar cores, você deve chamar a função "start_color()" logo depois
de chamar "initscr()", para inicializar a paleta de cores padrão (a
função "curses.wrapper()" faz isso automaticamente.) Uma vez feito
isso, a função "has_colors()" retorna True se o terminal em uso de
fato suportar cores. (Nota: a curses usa a grafia Americana 'color' ao
invés da grafia Britânica/Canadense 'colour.' Se você estiver
acostumado com a grafia Britânica, você terá que se resignar a
escrever com a grafia trocada ao chamar essas funções.)

A biblioteca curses mantém uma quantidade finita de pares de cores,
contendo uma cor de primeiro plano (ou de texto) e uma de fundo. Você
pode obter o valor do atributo correspondente a um par de cores com a
função "color_pair()"; esse valor pode ser combinado com OU (OR) bit a
bit com outros atributos como "A_REVERSE", mas, novamente, não é
garantido que tais combinações vão funcionar em todos os terminais.

Um exemplo, exibindo uma linha de texto com o par de cores 1:

   stdscr.addstr("Texto colorido", curses.color_pair(1))
   stdscr.refresh()

Como dito anteriormente, um par de cores consiste de uma cor de
primeiro plano e uma cor de fundo. A função "init_pair(n, f, b)" muda
a definição do par de cores *n* para a cor de primeiro plano *f* e cor
de fundo *b*. O par 0 é pré-definido como branco sobre preto, e não
pode ser mudado.

As cores são numeradas, e a "start_color()" inicializa 8 cores básicas
ao ativar o modo colorido. São elas: 0:preto, 1:vermelho, 2:verde,
3:amarelo, 4:azul, 5:magenta, 6:ciano e 7:branco. O módulo "curses"
define constantes nomeadas para cada uma dessas cores:
"curses.COLOR_BLACK", "curses.COLOR_RED", e assim por diante.

Vamos juntar tudo isso. Para redefinir a cor 1 como texto vermelho
sobre fundo branco, você chamaria:

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

Quando você redefine um par de cores, qualquer texto que já tenha sido
exibido usando esse par de cores vai mudar para a nova definição. Você
pode também exibir mais texto nessa nova cor com:

   stdscr.addstr(0,0, "ALERTA VERMELHO!", curses.color_pair(1))

Terminais super sofisticados podem trocar as definições das cores em
si para um dado valor RGB. Isso permite que você troque a cor 1, que
geralmente é vermelha, para roxo ou azul ou qualquer outra cor que
você queira. Infelizmente, o terminal Linux não provê essa
funcionalidade, de forma que eu não consigo testá-la para fornecer
exemplos. Você pode verificar se o seu terminal tem esse recurso
chamando a função "can_change_color()", que retorna "True" se o
recurso existir. Se por ventura o seu terminal for talentoso assim,
consulte as páginas man do seu sistema para mais informações.


Entrada de usuário
==================

A biblioteca curses em C oferece somente mecanismos de entrada muito
simples. O módulo "curses" do Python adiciona um componente básico de
entrada de texto. (Outras bibliotecas como Urwid têm coleções mais
extensas de componentes.)

Há dois métodos para capturar entrada de uma janela:

* O "getch()" atualiza a tela e então espera o usuário apertar alguma
  tecla, exibindo o valor dela caso "echo()" tenha sido chamada
  anteriormente. Opcionalmente, você pode especificar a coordenada
  onde o cursor deve ser posicionado antes de pausar.

* O "getkey()" faz a mesma coisa, mas converte o inteiro para string.
  Caracteres individuais são retorndos como strings de 1 caractere, e
  teclas especiais como teclas funcionais retornam strings maiores
  contendo nomes de teclas como "KEY_UP" ou "^G".

É possível não esperar pelo usuário usando o método "nodelay()" das
janelas. Após "nodelay(True)", os métodos "getch()" e "getkey()" da
janela viram não-bloqueantes. Para sinalizar que não há entrada
disponível, o "getch()" retorna "curses.ERR" (com valor de -1) e o
"getkey()" levanta uma exceção. Também há uma função "halfdelay()",
que pode ser usada para (efetivamente) definit um temporizador em cada
"getch()"; se nenhuma entrada estiver disponível após um intervalo de
espera especificado (medido em décimos de segundo), a curses levanta
uma exceção.

O método "getch()" retorna um inteiro. Se ele estiver entre 0 e 255,
ele representa o código ASCII da tecla digitada. Valores maiores que
255 são teclas especiais como Page Up, Home, ou as teclas de seta.
Você pode comparar o valor retornado com constantes como
"curses.KEY_PPAGE", "curses.KEY_HOME" ou "curses.KEY_LEFT". O laço
principal do seu programa pode ser algo como:

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

O módulo "curses.ascii" fornece funções de teste de pertencimento que
levam como argumento tanto inteiros quanto strings de 1 caractere;
elas podem ser úteis para escrever testes mais legíveis para tais
laços. Ele também fornece funções de conversão que levam como
argumento tanto inteiros quanto strings de 1 caractere, e retornam
objetos do mesmo tipo. Por exemplo, "curses.ascii.ctrl()" retorna o
caractere de controle correspondente ao argumento.

Também há um método para pegar uma string inteira, "getstr()". Ele não
costuma ser usado porque a sua funcionalidade é um pouco limitada: as
únicas teclas de edição disponíveis são o Backspace e o Enter, que
termina a string. Ele pode opcionalmente limitado a um número fixo de
caracteres.

   curses.echo()            # Abilita visualização dos caracteres

   # Lê uma string de 15 caracteres, com o cursor na linha do topo
   s = stdscr.getstr(0,0, 15)

O módulo "curses.textpad" fornece uma caixa de texto que provê um
conjunto de atalhos de teclado estilo Emacs. Vários métodos da classe
"Textbox" provêm edição com validação de entrada e recuperação dos
resultados da edição com ou sem espaços em branco no final.

   import curses
   from curses.textpad import Textbox, rectangle

   def main(stdscr):
       stdscr.addstr(
           0, 0,
           "Digite a mensagem instantânea: (aperte Ctrl-G para enviar)")

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

       box = Textbox(editwin)

       # Deixa o usuário editar até apertar Ctrl-G.
       box.edit()

       # Recupera o conteúdo resultante.
       message = box.gather()

Consulte a documentação de biblioteca do "curses.textpad" para mais
detalhes.


Para mais informações
=====================

Este COMOFAZER não cobre alguns tópicos avançados, como ler o conteúdo
da tela ou capturar eventos de mouse de uma instância xterm, mas a
página de biblioteca Python para o módulo "curses" está agora
razoavelmente completa. Ela deve ser o seu próximo destino.

Se estiver em dúvida quanto aos detalhes do comportamento das funções
curses, consulte as páginas de manual para a sua implementação curses,
seja ela o ncurses ou de algum fornecedor Unix proprietário. As
páginas de manual vão documentar quaisquer peculiaridades, e prover
listas completas de todas as funções, atributos e caracteres ACS_*
disponíveis para você.

Devido à API da curses ser tão grande, algumas funções não são
providas pela interface Python. Muitas vezes isso não é por
dificuldade de implementação, e sim porque ninguém precisou delas
ainda. Além disso, o Python ainda não suporta a biblioteca de menus
associada à ncurses. Patches que adicionem suporte a essas
funcionalidades seriam bem-vindos; veja o Guia do Desenvolvedor do
Python para aprender melhor sobre como submeter patches ao Python.

* Writing Programs with NCURSES: um tutorial comprido para
  programadores C.

* Página man do ncurses

* FAQ do ncurses

* "Use curses... don't swear": vídeo de uma palestra na PyCon 2013
  sobre controle de terminais usando curses ou Urwid.

* "Console Applications with Urwid": vídeo de uma palestra na PyCon CA
  2012 demonstrando algumas aplicações escritas com Urwid.
