XIM协议的原理及其实现

引言

 

1.输入法

世 界上大多数语言是基于字母表的，一些字母的集合组成了单词，当在计算机中输入这些语言时，用户通常是在键盘上键入相应的字符或一些组合键来实现。但表意文 字（如中，日，韩等）却不能在键盘上找到相应的键，如果想在计算机中输入这些文字，就需要相应的输入法。输入法有很多种，如拼音，五笔等，但这些输入法的 一个共同的特征是用户敲多个键来组成一个文字（或一组文字），统称为编码输入。

2.XIM协议

XIM(X Input Method)是X-Window系统下的符合国际化标准的输入法协议，只要应用程序和系统都支持这种输入协议，应用程序就不必具体考虑在不同语言环境下的输入问题，系统可以根据相应的locale去寻找相应的输入法，从而达到国际化的要求。

 

 

XIM的原理

 

1.体系结构

• 1.1 实现模型 在X-Window 系统环境下，XIM的实现有以下两种典型的体系结构：

  1)Client/Server模型：

  IM服务器是一个独立的进程，由它来处理输入、预编辑、转换和确认。IM库存在于应用程序中，就象IM服务器的一个客户，它只是简单的从IM服务器接收确认字符串。

  2)Library模型：

  所有的输入都由应用程序中的IM库来处理。事件处理在IM库中就被关闭了，所以就不再需要一个独立的IM服务器。

  大多数语言，如亚洲语言一般都有复杂的预编辑，所以都采用Client/Server模型来实现，其他的只有一些死键或组合键的语言，如欧洲语言一般都采用Library模型来实现。

  下面主要都讨论Client/Server模型，如图1所示：

• 

• 客户程序通过连接IM服务器来实现XIM输入，它们之间的通讯是利用XIM的协议来实现的。IM子系统完成文字查找和文本的组合。

• 1.2 IM结构 当客户程序向服务器发出连接或断开请求时，在客户和服务器之间会产生打开和关闭操作。

  函数XopenIM()设置或修改客户的locale，IM是根据相应的locale来指定的。另外，客户支持的IM类型可以通过函数XGetIMValues()来获得。

  一 个客户程序通常有多个输入域，Xlib提供了一个结构“Input Context”（IC）来管理每个输入域。函数XCreateIC()可以指定XIM并创建一个相应的IC，函数XDestroyIC()用来删除此 IC。许多重要的信息，比如确认字符串都通过IC来从IM服务器送到客户程序。每一个IC与一个输入域相关，函数XSetICFocus()用来通知IM 服务器当前IC获得了焦点（XUnSetICFocus()表示失去焦点）。

• 1.3 事件处理模型 现存的输入法都支持前端输入法和后端输入法或其中的一种。XIM把后端输入法作为一种默认的输入法，但也支持前端输入法。

  1)后端输入法：

  在后端输入法中，客户窗口的输入事件总是送到IM库中，然后IM库把此事件送到IM服务器中。事件以传送的顺序来处理，因此在IM库和IM服务器中没有需要同步的问题。

  2)前端输入法：

  在 前端输入法中，客户窗口的输入事件由XServer直接传送到IM库和IM服务器中。因此这种方法提供了更好的接口性能（尤其在IM服务器运行在一台工作 站而客户程序运行在另一台工作站上，且网络又相对较慢时）。而，前端模型在处理键的时候有同步问题，时会引起事件丢失或时间重复。因此后端输入法是由核心 输入法支持的，前端输入法是从扩展性能的目的出发的。

• 1.4 事件流控制

  XIM协议在IM库和IM服务器之间的通讯支持两种事件流：静态和动态。

  1)静态事件流是客户程序的输入事件总是发送到IM服务器。

  2) 动态事件流是输入事件中需要处理的事件发送到IM服务器。例如，在即输入ASCII字符又输入中文字符的时候，ASCII字符就不必送到IM服务器了。因 此，采用动态事件流后，在XServer、客户和IM服务器之间的需求事件大大减少了，从而性能有所提高。IM服务器发送 XIM_REGISTER_TRIGGERKEYS事件来切换动态事件流。

2.简单协议处理模型

下图2是一个最简单的协议流的例子：

当 应用程序发生按键事件时，它调用Xlib API的XNextEvent函数，对于后端输入法模型，事件都由IM库来处理，IM库先发出XIM_FORWARD_EVENT作为同步请求，IM服务 器接收到此协议后发出XIM_FORWARD_EVENT或XIM_COMMIT作为同步应答，双方完成同步。然后，IM服务器阻塞从IM库接收到的 XIM_FORWARD_EVENT消息，进行处理，结束后把结果返回到应用程序。

 

 

XIM开发工具IMdkit简介

IMdkit(IMServer Develops Kit)是X11R6的Xi18n执行工作组发布的XIM服务器开发工具，它提供了一个低级的C语言接口，把每个IM协议操作都绑定到了简单的C语言接 口，这样用户就可以很容易的使你的IM服务器与XIM客户程序很容易的通讯，而不用直接处理复杂的IM协议。XIM客户程序是指利用在X11R6中定义的 XIM API国际化过的应用程序。IMdkit封装了实际的IM协议操作，这样用户自己就不必处理实际包，可以利用它提供的数据结构，简化了许多细节麻烦；封装 了不同的传输机制（包括X协议，TCP/IP，DECNET），这些协议用来在IM库和IM服务器之间传输数据包；封装了多种IM协议模型，包括Ximp 和Xi18n。

IMdkit定义了一个不透明的数据结构XIMS，用来抽象输入法服务器的结构。它由函数IMOpenIM返回，函数IMOpenIM如果成功的话，返回一个XIMS结构，否则返回NULL。

对于每一个XIM协议输入，在IMdkit的头文件中都定义了一些相应的结构，对于R6标准的IM协议模型，中定义了所有的IM协议结构。

1)IM协议的通用数据结构

在R6的标准IM协议模型中，所有的事件结构有如下的通用成员：

typedef struct{ int major_code; int minor_code; CARD16 connect_id; }

 

major_code和minor_code指定了唯一鉴别这个IM协议类型本身的常量名。connect_id指定了连接的客户ID。

2)协议处理

一些由IM库发送的IM协议请求由IMdkit内部处理了，不需要发送到IM服务器。因为IMdkit会根据你在XIMS结构中设置的值来决定对这个IM协议请求的应答。需要处理的一些IM协议请求参看下面介绍的XIM的实现。

 

XIM的实现

以下讨论的具体实现是利用IMdkit开发的XIM服务器。

1.初始化输入法服务

ims = IMOpenIM(display,IMModifiers,”Xi18n”,IMServerWindow,window, IMServerName,imname,IMLocale,DEFAULT_LOCALE, IMServerTransport,transport,IMInputStyles,input_styles, IMProtocolHandler,MyProtoHandler,IMEncodingList,encodings,NULL);

 

函数IMOpenIM初始化输入法服务的连接，并设置一个或多个由变长的参数列表指定的IM的属性。

下面简介上面函数中的参数：

Display是当前的屏幕显示。

IMModifiers定义XIM的协议模型，有两种：

“Xi18n”指定R6标准的IM协议模型。
“XIMP”指定R5标准的Ximp模型。

IMServerWindow指定IM服务器的窗口以便于与XIM客户程序进行通讯。

IMServerName指定IM服务器的名字。

IMLocale指定IM服务器支持的locale列表。

IMServerTransport指定IM服务器用来与客户程序间的通讯技术。

IMIputStyles指定IM服务器支持的输入风格列表。如：XIMPeeditPosition|XIMStatusNothing为光标跟随，不需要状态显示风格。下面的具体协议处理就是根据这种风格来介绍的。

IMProtocolHandler指定当IM主循环接收到客户程序的协议时的时间处理函数。

IMEncodingList指定IM服务器支持的传输编码列表。

2.协议处理函数

下面函数用于处理整个客户协议，由于篇幅原因，本文只列出了相应的协议，而没有具体的处理函数，实际应用中，每一个分支都由一个相应的函数来处理。

MyProtoHandler(XIMS ims,IMProtocol *call_data) { switch(call_data->major_code){ case XIM_OPEN: case XIM_CLOSE: case XIM_CREATE_IC: case XIM_DESTROY_IC: case XIM_SET_IC_VALUES: case XIM_GET_IC_VALUES: case XIM_FORWARD_EVENT: case XIM_SET_IC_FOCUS: case XIM_UNSET_IC_FOCUS: case XIM_RESET_IC: case XIM_TRIGGER_NOTIFY: } }

 

函数MyProtoHandler是由 IMOpenIM登记的处理客户程序发送到IM服务器的协议的函数，在参数call_data中有相应的协议。上面列出了一些主要的协议，对于不同的情况 （主要是根据不同的输入法风格），有一些协议不必处理，或根本不会发生。下面简介一些主要的协议处理过程。

XIM_OPEN：XIM客户程序启动时，要在IM库和IM服务器之间建立逻辑连接。

XIM_CLOSE：关闭在IM库和IM服务器之间建立 的逻辑连接。

XIM_CREATE_IC：当客户程序创建了一个输入法上下文（IC）时，发送此协议到IM服务器，这时在IM服务器中为此IC申请了一个相应的结构，用于记录一些必要的信息，包括字体、位置、前背景色等等。

XIM_DESTROY_IC：当客户程序退出时，删除相应的IC，释放一些与IC相关的存储空间。

XIM_SET_IC_VALUES：设置当前连接IM服务器的IC的属性。实际XIM服务器定期发送此协议来修改IC的属性值。

XIM_GET_IC_VALUES：取得当前连接IM服务器的IC的属性。

XIM_FORWARD_EVENT： 当有按键发生时，客户程序发送此协议到IM服务器，此按键事件放在call_data的event结构中。在相应的处理函数中，读出相应的键值，如果是一 些控制键，就作相应的操作，如输入法的开启，不同输入法之间的切换等；如果是输入法不需要处理的键，就直接送回客户程序，如一些功能键，组合键等；否则调 用输入法的处理程序，输入法处理程序对这个字符进行处理，此时在预编辑区和选择区会有相应的变化，如果有结果字符串生成，输入法服务器会按照开始时确定的 编码方式把这个字符串发送到客户程序，这样就完成了一次输入过程。

XIM_SET_IC_FOCUS：当在不同的应用程序间进行切换时，当前的IC会发生变化，此时新的应用程序会发送此协议到IM服务器，输入法服务器会改变当前的焦点，当前的一些与IC有关的属性和全局变量也要有相应的变化。

XIM_UNSET_IC_FOCUS：当前IC失去焦点。在此处可以释放一些与当前IC相关的资源。

XIM_RESET_IC：重置在IM服务器中的IC的状态。

XIM_TRIGGER_NOTIFY：IM库通知IM服务器匹配启动（on-keys）和关闭（off-keys）的事件发生了。

3.主事件循环

在主程序中要用XselectInput选择输入法窗口要处理的所有X事件，

XSelectInput(display,window,ExposureMask|ButtonPressMask|ButtonReleaseMask| ButtonMotionMask|VisibilityChangeMask);

 

然后在主循环中要处理所有这些事件，如下由函数MyXEventHandler完成。

for(::){ XNext event; XNextEvent(display,&event); if (XFilterEvent(&event,NULL)= =True) continue; MyXEventHandler(&event); }

 

函数MyEventHandler要处理输入法窗口的事件。包括在屏幕上的显示，窗口的改变，拖动窗口，及与其他窗口进行通讯等消息。通过此函数，可以使程序达到对用户友好的目的。

以上三点是一个XIM服务器的必须要处理的，我们还需要包含以下头文件：X11/Xlib.h、IMdkit.h和Xi18n.h，后面两个头文件是IMdkit提供的面向R6标准的一些结构定义。另外连接的时候要连接IMdkit的libXimd.so。

五、小结

以 前的X Window下的输入法的实现大都是通过截取X的通讯函数的方法来实现在X下的应用程序中进行文本输入。具体方法是修改libX11.so.6里面的 XNextEvent函数，当时按键事件时，如果此是在中文状态，就把按键消息发送到输入法去处理，并等待输入法的回应。相应的要修改 XlookupString函数，和一些显示函数。这种方法属于非标准的方法，在实际应用中如果有一些应用程序通过其它方法接收输入时，输入法就会起不到 作用，为了达到目的需要修改很多应用程序，另外对于其他语言不兼容，每一种语言都要有不同的输入法，给程序的开发者和应用者带来了很多困难。采用了XIM 协议后，完全符合国际化标准，这样X下的应用程序根本不必过多的考虑输入问题，就可以达到国际化的要求，在不同的语言环境下可以自由的应用，减少了应用程 序开发者的麻烦。

 

参考资料

• 参考文献
  • [1] Open Software Foundation:X Window System Version 11 Input Method Secifications,November 1990
  • [2] X11R6 Xi18n Implementation Group:IM Server Developers Kit-C Language Interface,May 15 1994