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

Release:
   2.04


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


O que é curses?
===============

A biblioteca curses fornece formas que facilitam a impressão no
terminal e o tratamento de entrada do teclado para interfaces baseados
em texto; tais como interfaces produzidas para terminais incluindo
VT100s, o console Linux, e 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 programas de small-footprint ou os Unixes embarcados, os quais
não rodas um servidor X, ou seja, não possuem interface gráfica. Outro
nicho são o de ferramentas como instaladores de sistemas operacionais
e configurações de kernels que devem rodar antes que qualquer suporte
para interfaces gráficas esteja disponível.

A biblioteca curses fornece funcionalidade bastante básica,
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 necessitar dessas funcionalidades, considere uma
biblioteca de interface de usuário como Urwid.

A biblioteca curses foi originalmente escrita para BSD Unix; as
versões mais recentes do System V do Unix da AT&T adicionaram muitos
aprimoramentos e novas funções. BSD curses não é mais mantida, tendo
sido substituída por 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 sistema V,
todas as funções descritas aqui provavelmente estarão disponíveis. No
entanto, as versões antigas de curses carregadas por alguns Unixes
proprietários podem não suportar tudo.

A versão do Python para Windows não inclui o módulo "curses". Uma
versão portada chamada UniCurses está disponível. Você também pode
tentar the Console module escrito por Fredrik Lundh, que não utiliza a
mesma API que a biblioteca curses mas fornece saída de texto
endereçada ao cursor e suporte completo a entradas via mouse e
teclado.


O módulo curses de Python
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O módulo Python é um pacote bastante simplessobre as funções em C
fornecidas pela curses; se você já está familiarizado com a
programação de curses em C, é muito fácil de transferir esse
conhecimento para Python. A aior diferença é que a interface Python
torna as coisas mais simples por mesclar diferentes funões em C como
"addstr()", "mvaddstr()", e "mvwaddstr()" num único método "addstr()".
Você verá isso em mais detalhes posteriormente.

Este HOWTO é uma introdução à escrita de programas em modo texto com
curses e Python. Isto não pretende ser um guia completo da PAI 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 coisa, curses precisa ser inicializada. Isto é feito
chamando a função "initscr()", a qual irá determinar o tipo de
terminal, e creat várias estruturas de dados internas. Se for bem
sucedida, "initscr()" retorna um objeto janela representando a tela
inteira; isso é geralmente chamado "stdscr" depois do nome da variável
C correspondente.

   import curses
   stdscr = curses.initscr()

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

   curses.noecho()

Aplicações também irão comumente precisar reagir a chaves
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 facil do que iniciar uma. Você
precisará executar:

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

para reverter as configurações de terminal amigáveis da curses. Então
chame a função "endwin()" para restaurar o terminal para seu modo de
operação original.

   curses.endwin()

Um problema comum ao debugar 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 eleva 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):
       # 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)

A função "wrapper()" pega um objeto chamável e faz as inicializações
descritas acima, também inicializando cores se o suporte a cores
estiver presente. "wrapper()" então executa seu objeto chamável
fornecido. Uma vez que ele retorna, "wrapper()" irá restaurar o estado
original do terminal. O objeto chamável é chamado dentro de uma
"try"..."except" que captura exceções, restaura o estado do terminal,
e então re-eleva o estado do terminal, e então re-eleva a exceção.
Portanto, seu terminal não será deixado num estado engraçado numa
exceção e você poderá ler as mensagens e rastreamentos da exceção.


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

Janelas são a abstração mais básica em curses. Uma objeto janela
representa uma área retangular da tela, e suporta métodos para exibir
texto, apagá-lo, e permitir ai 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 redesenhá-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 legais estenderão de "(0,0)" a "(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.

Isto é porque curses foi escrita originalmente com conexões de
terminal lentas de 300-baud em mente; com esses terminais, minimizar o
tempo necessário para redesenhar a tela era muito importante. Em vez
disso curses acumula mudanças para a tela e as exibe da maneira mais
eficiente quando você chamar "refresh()". Por exemplo, se seu programa
exibir algum texto numa janela e então limpar a janela, não há a
necessidade de enviar o texto original porque eles nunca estão
visíveis.

Na prática, dizer a curses explicitamente para redesenhar uma janela
não complica muito a programação com curses. A maioria dos programas
entra em uma onda de atividade, e então pausa aguardando por uma tecla
pressionada ou alguma outra ação da parte do usuário. Tudo o que você
tem de fazer é ter certeza de que a tela foi redesenhada antes da
pausa para aguardar a entrada do usuário, ao chamar primeiro
"stdscr.refresh()" ou o método "refresh()" de alguma outra janela
relevante.

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)
   # 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)

A chamada "refresh()" exibe uma seção do bloco no retângulo estendendo
da coordenada (5,5) para a coordenada (20,75) na tela; o canto
superior esquerdo da seção exibida é a coordenada (0,0) no bloco. Além
dessa diferença, blocos são exatamente como janelas comuns e suportam
os mesmos métodos.

Se você tiver muitas janelas e blocos na tela há um modo mais
eficiente de atualizar a tela e prevenir piscadas irritantes como se
parte da tela fosse atualizada. "refresh()" na realidade 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 original na estrutura de dados.

Em vez disso você pode chamar "noutrefresh()" sobre um número de
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, curses à vezes pode parecer
como um labirinto sinuoso de funções, todas ligeiramente diferentes.
Por exemplo, "addstr()" exibe uma string na localização atual do
cursor na janela "stdscr", enquanto "mvaddstr()" move para uma dada
coordenada y,x primeiro antes de exibir a string. "waddstr()" é como
"addstr()", mas permite especificar uma janela para utilizar em vez de
usar "stdscr" por padrão. "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                             | Description (descrição)                         |
|===================================|=================================================|
| *str* ou *ch*                     | Mosta 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
tal como estão.  Strings são codificadas em bytes usando o valor do
atributo "encoding" da janela; esta predefinição corresponde à
codificação padrão do sistema como retornado por
"locale.getpreferredencoding()".

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 Cores
-----------------

Characters can be displayed in different ways.  Status lines in a
text-based application are commonly shown in reverse video, or a text
viewer may need to highlight certain words.  curses supports this by
allowing you to specify an attribute for each cell on the screen.

An attribute is an integer, each bit representing a different
attribute.  You can try to display text with multiple attribute bits
set, but curses doesn't guarantee that all the possible combinations
are available, or that they're all visually distinct.  That depends on
the ability of the terminal being used, so it's safest to stick to the
most commonly available attributes, listed here.

+------------------------+----------------------------------------+
| Atributo               | Description (descrição)                |
|========================|========================================|
| "A_BLINK"              | Blinking text                          |
+------------------------+----------------------------------------+
| "A_BOLD"               | Extra bright or bold text              |
+------------------------+----------------------------------------+
| "A_DIM"                | Half bright text                       |
+------------------------+----------------------------------------+
| "A_REVERSE"            | Reverse-video text                     |
+------------------------+----------------------------------------+
| "A_STANDOUT"           | The best highlighting mode available   |
+------------------------+----------------------------------------+
| "A_UNDERLINE"          | Texto sublinhado                       |
+------------------------+----------------------------------------+

So, to display a reverse-video status line on the top line of the
screen, you could code:

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

The curses library also supports color on those terminals that provide
it. The most common such terminal is probably the Linux console,
followed by color xterms.

To use color, you must call the "start_color()" function soon after
calling "initscr()", to initialize the default color set (the
"curses.wrapper()" function does this automatically).  Once that's
done, the "has_colors()" function returns TRUE if the terminal in use
can actually display color.  (Note: curses uses the American spelling
'color', instead of the Canadian/British spelling 'colour'.  If you're
used to the British spelling, you'll have to resign yourself to
misspelling it for the sake of these functions.)

The curses library maintains a finite number of color pairs,
containing a foreground (or text) color and a background color.  You
can get the attribute value corresponding to a color pair with the
"color_pair()" function; this can be bitwise-OR'ed with other
attributes such as "A_REVERSE", but again, such combinations are not
guaranteed to work on all terminals.

An example, which displays a line of text using color pair 1:

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

As I said before, a color pair consists of a foreground and background
color. The "init_pair(n, f, b)" function changes the definition of
color pair *n*, to foreground color f and background color b.  Color
pair 0 is hard-wired to white on black, and cannot be changed.

Colors are numbered, and "start_color()" initializes 8 basic colors
when it activates color mode.  They are: 0:black, 1:red, 2:green,
3:yellow, 4:blue, 5:magenta, 6:cyan, and 7:white.  The "curses" module
defines named constants for each of these colors:
"curses.COLOR_BLACK", "curses.COLOR_RED", and so forth.

Let's put all this together. To change color 1 to red text on a white
background, you would call:

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

When you change a color pair, any text already displayed using that
color pair will change to the new colors.  You can also display new
text in this color with:

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

Very fancy terminals can change the definitions of the actual colors
to a given RGB value.  This lets you change color 1, which is usually
red, to purple or blue or any other color you like.  Unfortunately,
the Linux console doesn't support this, so I'm unable to try it out,
and can't provide any examples.  You can check if your terminal can do
this by calling "can_change_color()", which returns "True" if the
capability is there.  If you're lucky enough to have such a talented
terminal, consult your system's man pages for more information.


Entrada de usuário
==================

The C curses library offers only very simple input mechanisms.
Python's "curses" module adds a basic text-input widget.  (Other
libraries such as Urwid have more extensive collections of widgets.)

There are two methods for getting input from a window:

* "getch()" refreshes the screen and then waits for the user to hit a
  key, displaying the key if "echo()" has been called earlier.  You
  can optionally specify a coordinate to which the cursor should be
  moved before pausing.

* "getkey()" does the same thing but converts the integer to a string.
  Individual characters are returned as 1-character strings, and
  special keys such as function keys return longer strings containing
  a key name such as "KEY_UP" or "^G".

It's possible to not wait for the user using the "nodelay()" window
method. After "nodelay(True)", "getch()" and "getkey()" for the window
become non-blocking. To signal that no input is ready, "getch()"
returns "curses.ERR" (a value of -1) and "getkey()" raises an
exception. There's also a "halfdelay()" function, which can be used to
(in effect) set a timer on each "getch()"; if no input becomes
available within a specified delay (measured in tenths of a second),
curses raises an exception.

The "getch()" method returns an integer; if it's between 0 and 255, it
represents the ASCII code of the key pressed.  Values greater than 255
are special keys such as Page Up, Home, or the cursor keys. You can
compare the value returned to constants such as "curses.KEY_PPAGE",
"curses.KEY_HOME", or "curses.KEY_LEFT".  The main loop of your
program may look something like this:

   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

The "curses.ascii" module supplies ASCII class membership functions
that take either integer or 1-character string arguments; these may be
useful in writing more readable tests for such loops.  It also
supplies conversion functions  that take either integer or 1
-character-string arguments and return the same type.  For example,
"curses.ascii.ctrl()" returns the control character corresponding to
its argument.

There's also a method to retrieve an entire string, "getstr()".  It
isn't used very often, because its functionality is quite limited; the
only editing keys available are the backspace key and the Enter key,
which terminates the string.  It can optionally be limited to a fixed
number of characters.

   curses.echo()            # Enable echoing of characters

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

The "curses.textpad" module supplies a text box that supports an
Emacs-like set of keybindings.  Various methods of the "Textbox" class
support editing with input validation and gathering the edit results
either with or without trailing spaces.  Here's an example:

   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()

See the library documentation on "curses.textpad" for more details.


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

This HOWTO doesn't cover some advanced topics, such as reading the
contents of the screen or capturing mouse events from an xterm
instance, but the Python library page for the "curses" module is now
reasonably complete.  You should browse it next.

If you're in doubt about the detailed behavior of the curses
functions, consult the manual pages for your curses implementation,
whether it's ncurses or a proprietary Unix vendor's.  The manual pages
will document any quirks, and provide complete lists of all the
functions, attributes, and "ACS_*" characters available to you.

Because the curses API is so large, some functions aren't supported in
the Python interface.  Often this isn't because they're difficult to
implement, but because no one has needed them yet.  Also, Python
doesn't yet support the menu library associated with ncurses. Patches
adding support for these would be welcome; see the Python Developer's
Guide to learn more about submitting patches to Python.

* Writing Programs with NCURSES: a lengthy tutorial for C programmers.

* The ncurses man page

* The ncurses FAQ

* "Use curses... don't swear": video of a PyCon 2013 talk on
  controlling terminals using curses or Urwid.

* "Console Applications with Urwid": video of a PyCon CA 2012 talk
  demonstrating some applications written using Urwid.
