Programação em Curses com Python

Autor

A.M. Kuchling, Eric S. Raymond

Versão

2.04

Resumo

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 experimentar o módulo Console 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

O módulo Python é um pacote bastante simples sobre 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 maior diferença é que a interface Python torna as coisas mais simples por mesclar diferentes funções 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, enviar quaisquer códigos de configuração necessários para o terminal e criar 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 o envio automático de teclas 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 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 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 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 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 redefinir 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 redefinida 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

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 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 Cor

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

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.