2.6.1 2D圖形語(yǔ)言支持

Unicon的2D功能是Icon語(yǔ)言?xún)鼋Y(jié)前引入的最后一個(gè)主要功能。該設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)語(yǔ)言語(yǔ)法的表面變化最小化，因?yàn)榇蟮淖兓遣辉试S的。唯一的表面變化是添加了幾個(gè)表示圖形系統(tǒng)中特殊值的關(guān)鍵字。Unicon中的關(guān)鍵字看起來(lái)像變量名，其前面帶一個(gè)“&”符號(hào)。

添加19個(gè)關(guān)鍵字有助于讓圖形功能看起來(lái)屬于以字符串處理為主的語(yǔ)言。你可能會(huì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，圖形輸出是其中最簡(jiǎn)單的部分功能，除了1個(gè)關(guān)鍵字外，其他所有關(guān)鍵字都用于簡(jiǎn)化輸入鼠標(biāo)和鍵盤(pán)事件的處理。其中10個(gè)關(guān)鍵字是整數(shù)常量，表示鼠標(biāo)和調(diào)整大小事件，都是為了方便。其他8個(gè)關(guān)鍵字保存有關(guān)上一次接收到的事件的關(guān)鍵信息，這些信息將自動(dòng)更新每個(gè)事件。由于使用了整數(shù)常量，因此不需要頭文件或輸入文件來(lái)處理鼠標(biāo)輸入。最后也是主要添加的關(guān)鍵字是&window，此關(guān)鍵字用于保存默認(rèn)窗口，所有圖形工具功能都使用此窗口，除非有其他窗口值作為可選的第一個(gè)參數(shù)提供。

將Unicon的圖形與底層提供的圖形進(jìn)行比較很有趣，當(dāng)時(shí)底層C API是X Window系統(tǒng)的高級(jí)工具箱（如HP和Athena組件）及其低級(jí)庫(kù)Xlib。由于不可預(yù)測(cè)行為，以及當(dāng)時(shí)缺少可移植性，在原型設(shè)計(jì)階段，高級(jí)工具箱是被拒絕的。Xlib庫(kù)滿足行為和可移植性要求，但它是一個(gè)巨大的API，需要許多新類(lèi)型（例如，在幾十種不同類(lèi)型的事件中，每一種都有一個(gè)單獨(dú)的結(jié)構(gòu)體類(lèi)型），并具有近千種功能。

學(xué)習(xí)Xlib，然后使用Xlib在C語(yǔ)言中編寫(xiě)圖形應(yīng)用程序是一個(gè)非常復(fù)雜的任務(wù)，而Unicon的目標(biāo)是提供一個(gè)非常高級(jí)易用的功能。在支持易用性方面，影響最大的是BASIC。在20世紀(jì)70年代使用TRS-80 Extended Color BASIC圖形比任何X Window C API都更容易。對(duì)于非常高級(jí)的語(yǔ)言，如Unicon，其圖形功能應(yīng)與Extended Color BASIC提供的功能一樣簡(jiǎn)單，并且功能更強(qiáng)。保持人們對(duì)Icon的喜愛(ài)的要求延伸到嘗試使圖形功能的設(shè)計(jì)與Icon現(xiàn)有的輸入和輸出特性保持一致。Icon的輸入和輸出特性包括文件類(lèi)型、內(nèi)置函數(shù)和執(zhí)行輸入/輸出的運(yùn)算符。

Unicon引入了一個(gè)新類(lèi)型（“window”）作為Icon的文件數(shù)據(jù)類(lèi)型的子類(lèi)型（和擴(kuò)展）。窗口是對(duì)底層C代碼中十幾個(gè)不同Xlib實(shí)體的抽象。但對(duì)于Unicon程序員來(lái)說(shuō)，創(chuàng)建和繪制窗口只是一件單一、簡(jiǎn)單的事情。所有現(xiàn)有的對(duì)文件執(zhí)行（文本）輸入/輸出操作都是在窗口中完成的，然后再添加圖形輸出功能。圖2.2展示了一些底層C庫(kù)實(shí)體，它們都被合并到一個(gè)Unicon窗口中。這個(gè)結(jié)構(gòu)的葉子因平臺(tái)而異，平臺(tái)差異在Unicon層級(jí)已經(jīng)被最小化或消除。

Unicon中的圖形輸出功能由一組大約40個(gè)內(nèi)置函數(shù)組成，用于繪制不同的圖形圖元。輸出的具體內(nèi)容取決于許多狀態(tài)片段，例如窗口內(nèi)容的內(nèi)存副本，以及字體和填充樣式等抽象資源。對(duì)這些資源并沒(méi)有引入新類(lèi)型，而是生成了一個(gè)API，以使用字符串值對(duì)這些資源進(jìn)行操作。一個(gè)窗口最終定義為兩個(gè)底層實(shí)體的配對(duì)，即畫(huà)布和上下文。

控制結(jié)構(gòu)和程序組織是設(shè)計(jì)編程語(yǔ)言特性時(shí)要考慮的主要因素。當(dāng)用C語(yǔ)言編寫(xiě)圖形程序時(shí)，程序員立即被告知（迫使）放棄對(duì)庫(kù)控制流，而把他們的程序組織成一組回調(diào)（callback）函數(shù)。這些函數(shù)是在各種事件發(fā)生時(shí)被調(diào)用的函數(shù)。圍繞這種組織方式重寫(xiě)Unicon的字節(jié)碼解釋器是不可能的。字節(jié)碼解釋器需要擁有指令的獲取-解碼-執(zhí)行周期的控制流。一個(gè)多線程的解決方案是可以實(shí)現(xiàn)的，但線程在此時(shí)會(huì)帶來(lái)不可接受的可移植性和性能挑戰(zhàn)。相反，當(dāng)應(yīng)用程序控制流要求時(shí)，一個(gè)單線程的、非阻塞的解決方案是通過(guò)讓字節(jié)碼解釋器不時(shí)檢查圖形事件，處理常見(jiàn)的任務(wù)（如從后臺(tái)存儲(chǔ)中重新繪制窗口的內(nèi)容，并將其他內(nèi)容排隊(duì)，以便稍后在Unicon語(yǔ)言層面上處理）實(shí)現(xiàn)的。

圖2.2 Unicon窗口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

本來(lái)有可能將二維圖形的C庫(kù)原封不動(dòng)地傳播到Unicon語(yǔ)言中，但這達(dá)不到語(yǔ)言水平和易用性的目標(biāo)。相反，我們引入了一個(gè)高級(jí)數(shù)據(jù)類(lèi)型，由C庫(kù)狀態(tài)的多個(gè)基礎(chǔ)部分組成。支持該高級(jí)數(shù)據(jù)類(lèi)型的維護(hù)和更新操作從語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)中的多個(gè)地方嵌入，以用嚴(yán)格的庫(kù)方法不可能實(shí)現(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)了一個(gè)易于使用的窗口類(lèi)型。

若干年后，3D圖形硬件支持變得無(wú)處不在，2.6.2節(jié)將介紹在語(yǔ)言中添加3D圖形的設(shè)計(jì)問(wèn)題。