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 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 emulatores 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 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 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.

The Windows version of Python doesn’t include the curses module. A ported version called UniCurses is available.

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 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 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 teclas e exibí-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 bilioteca 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):
    # 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 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.

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 desejado presente 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

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

A biblioteca curses também permite o uso de cores nos terminais que as provêem. 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("Pretty text", 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, "RED ALERT!", 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

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.)

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.

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

O módulo curses.ascii fornece funçõe 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()            # Enable echoing of characters

# Get a 15-character string, with the cursor on the top line
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 provêem dição 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, "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()

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.

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.

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.