Termcap et Terminfo

Bienvenue à tous !
Dans ce tutoriel, nous étudierons deux bibliothèques assez méconnues mais pourtant très répendues : Termcap et Terminfo.
Sans entrer dans les détails disons qu’elles vous permettront, entre autre, d’étendre les capacités « graphiques » de votre terminal.

Et qui dit terminal dit forcement Linux ou Unix.
Inutile donc d’aller plus loin si vous n’êtes pas sur un de ces systèmes.

• Le terminal
• Termcap et Terminfo
• Initialisation
• Tget et Tputs
• De la couleur
• Déplacer le curseur
• Aller plus loin
• Le défi des agrumes : Tetris

Le terminal

Bien !
Pour commencer, nous allons parler du terminal et de la manière dont il fonctionne. Nous n’entrerons pas dans les détails car ce n’est pas le but de ce tutoriel, mais certains points mériteront tout de même que l’on s’y attarde…

Les limites du terminal

On imagine souvent qu’un terminal n’est bon qu’à une chose : afficher des lignes de texte blanc sur fond noir et, pour ne rien vous cacher, on est assez proche de la vérité…

Au risque d’en décevoir plus d’un, oui un terminal n’est bon qu’à afficher du texte. Dites donc adieux à vos perspectives artistiques, vous ne pourrez ni afficher d’image ni contrôler précisément chaque pixel qui compose votre terminal.

En revanche, votre terminal est capable d’afficher des couleurs, mais aussi de placer le curseur à un endroit précis pour redessiner par dessus d’autres caractères !

Pour mieux visualiser la chose, imaginez que votre terminal est en fait un écran de plus ou moins 80 pixels de large sur 40 de haut et que chacun de ces « gros pixels » est capable d’afficher un caractère composé de deux couleurs (foreground et background).

Pour ceux qui auraient encore des doutes quant aux possibilités qu’offrent Termcap et Terminfo, voici un petit exemple d’application utilisant uniquement le changement de couleur et le déplacement du curseur.

Sur le même principe on pourrait très bien imaginer un Snake, un Morpion, un Puissance 4, un Casse Brique, un Tron et bien d’autres encore !

Vous pouvez aussi utiliser Termcap et Terminfo dans un cadre beaucoup plus sérieux en utilisant la colorisation pour afficher vos erreurs en rouge ou en déplaçant le curseur pour redessiner l’avancement d’une barre de progression. C’est vous qui voyez.

Les termcaps

Attardons-nous maintenant sur la manière dont un programme communique avec un terminal. Utilise t-il une librairie particulière ? Envoie t-il des signaux ou passe t-il par des sockets ?

Rien de tout cela, c’est en réalité bien plus simple.
Si on y réfléchit bien, nos programmes communiquent déjà avec leur terminal pour y afficher du texte. Et pour y parvenir, ils utilisent tout simplement la sortie standard (stdout) qui est, si aucune redirection n’est effectuée, directement envoyée à leur terminal pour y être affichée.

Oui, c’est presque ça. Il faut bien différencier le texte qui sera affiché tel quel du texte qui sera interprété et exécuté comme une commande. Dès l’instant où votre terminal reçoit du texte, il l’analyse et adopte le comportement adéquat.

Afin de mieux différencier les chaînes de caractères contenant une commande de celles contenant du texte, il a été décidé de les nommer termcap pour « terminal capability ». Retenez bien ce terme car il sera employé tout au long de ce tutoriel !

Malheureusement, oui, étant donné que les termcaps ne sont que de simples chaînes de caractères, il y a effectivement un risque pour qu’ils soient exécutés totalement par hasard…

Bon après il ne faut pas non plus exagérer la chose.
Les termcaps sont assez repoussant et il n’y a quasiment aucune chance d’en croiser dans un texte destiné à un humain normalement constitué.

Pour ceux qui auraient encore des doutes, voici à quoi ressemble un termcap : \033[1;31m

Termcap et Terminfo

Commençons par un peu d’histoire…
En 1978, un certain Bill Joy eut la bonne idée d’écrire une bibliothèque permettant de charger et d’utiliser les termcaps de manière portable. Il faut comprendre qu’à cette époque chaque terminal définissait et implémentait ses propres termcaps et il y avait parfois de fortes disparités d’un terminal à l’autre !

C’est donc sans surprise que la première bibliothèque dédiée à l’utilisation des termcaps prit le nom de Termcap !

Et comme par enchantement, de plus en plus d’Unix se mirent à adopter Termcap et au fil du temps tous les terminaux finirent par s’aligner et adoptèrent une sorte de norme commune.

Mais l’histoire ne s’arrête pas là…
En 1981, Mark Horton créa Terminfo, une autre bibliothèque très similaire à Termcap. En comparaison, Terminfo était plus performante et pris peu à peu le dessus grâce à son modèle de stockage plus complet. Au fil des années Termcap fut peu à peu délaissé au profit de Terminfo et l’engouement fut tel qu’aujourd’hui Termcap est marqué comme obsolète sur certains systèmes !

J’insiste bien sur le « sur certains systèmes » !
Historiquement, les systèmes basés sur System V utilisent Terminfo alors que les systèmes dérivés de BSD préfèrent encore Termcap mais finalement beaucoup ont fait le choix de supporter les deux.

Bien, revenons à nos clémentines !
Pour couvrir le plus de systèmes possibles et pour ne laisser personne sur la paille, ce tutoriel traitera de Termcap et de Terminfo en simultané. Les deux bibliothèques ont un fonctionnement très similaire et les séparer en deux tutos distincts n’aurait pas eu de sens. Pour preuve voici un petit tableau comparatif de leurs fonctions.

Oui, vous comprendrez les raisons de cette légèreté lorsque je vous expliquerai la manière dont Termcap et Terminfo fonctionnent.

En attendant passons à l’installation des prérequis.
Vous possédez surement déjà une partie des paquets requis car Termcap et Terminfo sont aujourd’hui directement inclus dans la bibliothèque NCurses ! En revanche vous devrez vous munir des paquets de développement pour compiler vos programmes.

Sur Debian : apt-get install lib32ncurses5-dev libncurses5-dev ncurses-doc
(je vous laisse trouver l’équivalent sur votre distribution)

Initialisation

Entrons maintenant dans le vif du sujet !
Pour commencer nous allons voir comment initialiser Termcap et Terminfo.

Termcap

Comme beaucoup d’autres bibliothèques, Termcap et Terminfo nécessitent d’être initialisées au démarrage de votre programme. Dans le cas de Termcap, la fonction qui nous intéresse est tgetent, jetons un œil à son prototype (man tgetent).

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int tgetent(char *bp, const char *name);

D’après la doc, cette fonction prend en premier paramètre l’adresse d’un buffer dans lequel stocker les informations utiles au fonctionnement interne de Termcap et en second paramètre le nom / le type de votre terminal.

Ce qu’il faut savoir, c’est que Termcap et Terminfo agissent en fait comme des bases de données contenant les termcaps propres à chaque terminal. Si vous souhaitez déplacer le curseur avec Xterm, le termcap à exécuter ne sera pas forcement le même qu’avec Gnome-term !

Termcap et Terminfo auront donc besoin de connaitre le type de terminal sur lequel vous exécutez votre programme pour aller charger les termcaps correspondant. Un peu comme si chaque terminal parlait sa propre langue.

Pour le plus curieux, sachez que ces fameuses bases de données sont stockées ici /etc/termcap et là /usr/share/lib/terminfo. En y regardant de plus près, vous verrez qu’elles sont organisées par type de terminal.

Bon, revenons en à notre initialisation de tgetent.
Fort heureusement, il existe une variable d’environnement qui contient le nom du terminal utilisé par votre programme !

env | grep TERM

Chez moi il s’agit de Xterm.
Récupérons cette info et stockons là quelque part pour la passer en argument à tgetent.

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char *term_type = getenv("TERM");

Bien !
Il ne nous manque plus qu’un buffer dans lequel stocker les jeux d’instructions propres à notre type de terminal ou du moins c’est ce que nous aurions dû faire il y a bien longtemps… D’après la doc, dans les implémentations modernes de Termcap, il n’est plus nécessaire de passer ce pointeur car le buffer est directement géré en interne par NCurses.

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#include <stdlib.h>

#include <curses.h>
#include <term.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int ret;
    char *term_type = getenv("TERM");

    ret = tgetent(NULL, term_type);

    /* On évite les warnings pour variables non utilisées. */
    (void)argc;
    (void)argv;

    return ret;
}

Nous y sommes presque, il ne reste plus qu’à contrôler la valeur de retour de tgetent pour savoir si tout s’est bien passé et, dans le cas contraire, quitter proprement en avertissant l’utilisateur.

tgetent possède trois valeurs de retour (dont deux fatales):

• -1, la base de données n’est pas accessible.
• 0, la base de données est accessible mais elle ne contient pas d’info pour ce type de terminal ou trop peu pour fonctionner convenablement.
• 1, la base de données est accessible et toutes les infos pour ce terminal ont été chargées en mémoire.

Revoici le code de l’initialisation avec une gestion des erreurs :

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#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

#include <curses.h>
#include <term.h>

int init_term()
{
    int ret;
    char *term_type = getenv("TERM");

    if (term_type == NULL)
    {
        fprintf(stderr, "TERM must be set (see 'env').\n");
        return -1;
    }

    ret = tgetent(NULL, term_type);

    if (ret == -1)
    {
        fprintf(stderr, "Could not access to the termcap database..\n");
        return -1;
    }
    else if (ret == 0)
    {
        fprintf(stderr, "Terminal type '%s' is not defined in termcap database (or have too few informations).\n", term_type);
        return -1;
    }

    return 0;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int ret = init_term();

    /* On évite les warnings pour variables non utilisées. */
    (void)argc;
    (void)argv;

    if (ret == 0)
    {
        /* Le déroulement de notre programme se fera ici. */
    }

    return ret;
}

Terminfo

Passons maintenant à l’initialisation de Terminfo !
Rassurez-vous, elle est bien plus simple que celle de Termcap ! Voyons son prototype (man setupterm).

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int setupterm(char *term, int fildes, int *errret);

Tout comme tgetent, setupterm demande aussi en premier paramètre le type de terminal utilisé. En second, il demande sur quel descripteur de fichier (file descriptor) afficher sa sortie. Puis en troisième et dernier argument un int* pour y inscrire un éventuel code d’erreur.

Mais la bonne nouvelle dans tous ça, c’est que tous ces paramètres sont complètements facultatifs (ou presque) !

• Si on passe un pointeur nul en premier argument, setupterm ira elle même chercher le contenu de la variable d’environnement « TERM ».
• On se contentera de lui passer la sortie standard (stdout) en tant que deuxième argurment.
• Si on passe un pointeur nul en troisième argument, il affichera lui même les erreurs qu’il aura rencontrées.

En soi, on s’en sortira très bien avec cette simple ligne :

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#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

#include <curses.h>
#include <term.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int ret = setupterm(NULL, STDOUT_FILENO, NULL);

    /* On évite les warnings pour variables non utilisées. */
    (void)argc;
    (void)argv;

    if (ret == 0)
    {
        /* Le déroulement de notre programme se fera ici. */
    }

    return ret;
}

Tget et Tputs

Maintenant qu’on a vu comment initialiser Termcap et Terminfo, nous allons pouvoir nous attaquer à la partie la plus intéressante du tuto : tget et tputs.

tgetnum / tigetnum

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/* Termcap */
int tgetnum(char *id);

/* Terminfo */
int tigetnum(char *capname);

tgetnum permet de récupérer des informations numériques en rapport avec votre terminal.
Comme par exemple le nombre de lignes et de colonnes.

Pour l’utiliser rien de plus simple, il suffit de lui passer en argument ce que l’on souhaite récupérer :

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/* Termcap */
int column_count = tgetnum("co");
int line_count = tgetnum("li");

/* Terminfo */
int column_count = tigetnum("cols");
int line_count = tigetnum("lines");

tgetflag / tigetflag

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/* Termcap */
int tgetflag(char *id);

/* Terminfo */
int tigetflag(char *capname);

tgetflag fonctionne de la même manière que tgetnum à la différence prêt qu’il renvoie un booléen au lieu d’une valeur. Cette fonction est utilisée pour vérifier les capacités d’un terminal, savoir s’il est capable de faire tel ou tel action.

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/* Termcap */
if (tgetflag("os") != 0)
{

}

/* Terminfo */
if (tigetflag("os") != 0)
{

}

tgetstr / tigetstr

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/* Termcap */
char *tgetstr(char *id, char **area);

/* Terminfo */
char *tigetstr(char *capname);

tgetstr est de loin la fonction la plus appréciable des tget.
C’est elle qui permet de récupérer les fameux termcaps sous la forme d’une séquence d’échappement ! On peut par exemple récupérer le termcap « cl » (pour clean) qui permet de nettoyer (vider) un terminal.

tgetstr prend en deuxième paramètre l’adresse du buffer que l’on a utilisé pour tgetent, à savoir NULL.

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/* Termcap */
char *cl_cap = tgetstr("cl", NULL);

/* Terminfo */
char *cl_cap = tigetstr("clear");

tputs

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int tputs(const char *str, int affcnt, int (*putc)(int));

tputs est la fonction qui marche de pair avec tgetstr, c’est elle qui va se charger d’exécuter le termcap que l’on vient de récupérer.

Le premier argument de tputs correspond bien évidement au termcap à exécuter, le second au nombre de lignes affectées et le troisième à un pointeur de fonction pour afficher le contenu du termcap (putchar fera amplement l’affaire).

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/* Termcap */
char *cl_cap = tgetstr("cl", NULL);
tputs (cl_cap, 1, putchar);

/* Terminfo */
char *cl_cap = tigetstr("clear");
tputs (cl_cap, 1, putchar);

Vous l’aurez remarqué, Termcap et Terminfo, en plus d’avoir des fonctions similaires, ont aussi une base données quasiment identique. Le nom de leurs termcaps change mais ils proposent au final les mêmes fonctionnalités.

Voici un petit tableau pour mettre en évidence cette ressemblance.
J’y ai listé les termcaps qui à mes yeux sont les plus utiles, mais pas de panique, nous allons tous les voir un par un.

De la couleur

Maintenant que vous avez compris le principe des tget / tputs, il est temps de mettre tout ça en application et quoi de mieux pour cela que la couleur !

Commençons par récupérer le termcap correspondant : « AF ».
(« AF » correspond à la couleur du texte, utilisez « AB » pour la couleur du fond)

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/* Termcap */
char *af_cap = tgetstr("AF", NULL);

/* Terminfo */
char *af_cap = tigetstr("setaf");

Mais cette fois, un simple tputs ne suffira pas. Nous allons d’abord devoir paramétrer notre termcap pour qu’il sache quelle couleur afficher ! Heureusement, il existe une fonction parfaitement adaptée pour ça : tparm !

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/* Termcap */
char *tparm(char *str, ...);

/* Terminfo */
char *tiparm(const char *str, ...);

tparm prend en premier argument le termcap à paramétrer et en second argument une va_list.

Mais avant d’utiliser tparm, jetons un œil au termcap que nous à retourner tgetstr.

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void print_escape_sequence(char *str)
{
        unsigned i = 0;

        while (str[i] != '\0')
        {
                if (str[i] == '\x1b')
                        printf("ESC");
                else
                        putchar(str[i]);

                ++i;
        }

        putchar('\n');
}

Si on tente d’afficher la séquence d’échappement correspondant au termcap AF sous Xterm, on obtient ceci :

ESC[3%p1%dm

En s’attardant un peu sur ce résultat, on s’aperçoit que notre séquence est composée de deux éléments étrangement familier que l’on retrouve également lorsqu’on utilise printf (qui lui aussi utilise une va_list) : %p et %d.

Et oui ! Quand on utilise printf, on passe d’abord le texte puis un nombre indéfini d’arguments pour remplacer les éléments dynamiques de ce texte (%d, %f, %p, etc…) par leur valeur. Hé bien avec tparm c’est exactement la même chose ! (à la différence près qu’on ne passe pas la valeur pour le premier %p)

Dans notre cas le termcap « AF » ne prend donc qu’un argument (%d) : la couleur !

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/* N'hésitez pas à utiliser les defines des couleurs inclues dans curses.h ! */
#include <curses.h>

/* Termcap */
char* color_cap = tgetstr("AF", NULL);
tputs(tparm(color_cap, COLOR_GREEN), 1, putchar);

printf("Cool ! Maintenant j'ecris en vert !\n");

/* Terminfo */
char* color_cap = tigetstr("setaf");
tputs(tiparm(color_cap, COLOR_RED), 1, putchar);

printf("Cool ! Maintenant j'ecris en rouge !\n");

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/* Termcap */
char *reset_cmd = tgetstr("me", NULL);
tputs(reset_cmd, 1, putchar);

/* Terminfo */
char *reset_cmd = tigetstr("sgr0");
tputs(reset_cmd, 1, putchar);

En dehors de la couleur, il y a d’autres effets sympas à expérimenter sur du texte. Essayez les commandes « mb », « us » et « md » qui vous permettront respectivement de rendre un texte clignotant, souligné ou écrit en gras.

Voici un code d’exemple pour Termcap, je vous laisse trouver les capnames correspondants pour Terminfo.

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void testTextColorAndEffect()
{
        char *af_cmd = tgetstr("AF", NULL);
        char *reset_cmd = tgetstr("me", NULL);
        char *blink_cmd = tgetstr("mb", NULL);
        char *bold_cmd = tgetstr("md", NULL);
        char *underline_cmd = tgetstr("us", NULL);

        tputs(tparm(af_cmd, COLOR_RED), 1, putchar);
        printf("Texte rouge\n");

        tputs(tparm(af_cmd, COLOR_GREEN), 1, putchar);
        printf("Texte vert\n");

        tputs(tparm(af_cmd, COLOR_BLUE), 1, putchar);
        printf("Texte bleu\n");

        tputs(reset_cmd, 1, putchar);
        tputs(blink_cmd, 1, putchar);
        printf("Texte clignotant\n");

        tputs(tparm(af_cmd, COLOR_GREEN), 1, putchar);
        printf("Texte vert clignotant\n");

        tputs(reset_cmd, 1, putchar);
        tputs(bold_cmd, 1, putchar);
        printf("Texte en gras\n");

        tputs(tparm(af_cmd, COLOR_RED), 1, putchar);
        printf("Texte rouge en gras\n");

        tputs(reset_cmd, 1, putchar);
        tputs(tparm(af_cmd, COLOR_GREEN), 1, putchar);
        tputs(underline_cmd, 1, putchar);
        printf("Texte vert souligné\n");

        tputs(tparm(af_cmd, COLOR_BLUE), 1, putchar);
        tputs(bold_cmd, 1, putchar);
        tputs(blink_cmd, 1, putchar);
        tputs(underline_cmd, 1, putchar);
        printf("Texte blue en gras souligné clignotant\n");
        tputs(reset_cmd, 1, putchar);
}

Déplacer le curseur

Attaquons-nous maintenant au déplacement du curseur !
Comme d’habitude, commençons par récupérer le termcap assosié : « cm ».

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/* Termcap */
char *cm_cap = tgetstr("cm", NULL);

/* Terminfo */
char *cm_cap = tigetstr("cup");

Comme pour la couleur, il va falloir paramétrer la commande pour y inclure les coordonnées auxquelles vous souhaitez déplacer votre curseur mais cette fois il s’agit d’un termcap un peu particulier, on n’utilisera pas tparm mais tgoto !

En soi, ça ne change pas grand chose hormis que tgoto prend deux paramètres bien définis au lieu d’une va_list.

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char *tgoto(const char *cap, int col, int row);

Et comme d’habitude, on le couplera avec un tputs :

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/* Déplace le curseur en 5,5 */
tputs(tgoto(cm_cap, 5, 5), 1, putchar);

Aller plus loin

Vous l’aurez compris, il existe de nombreuses autres termcaps à expérimenter.
Dans ce tutoriel nous avons vu ensemble ceux qui, à mes yeux, étaient les plus intéressants et je vous encourage à en découvrir d’autres même si je pense que ceux présentés ici devraient déjà répondre à la plupart de vos besoins !

Pour la documentation, je vous recommande de jeter un œil à cette page ou à celle-ci.
En soi ce ne sont que des man 5 terminfo sur une page web mais ça reste quand même bien pratique !

Le défi des agrumes : Tetris

La théorie c’est bien, mais la pratique c’est mieux !
Je vous propose donc de vous faire la main avec un Tetris, depuis le temps que j’en parle ce n’est plus vraiment une surprise…

Pour le réaliser vous aurez besoin de Termcap / Terminfo pour :

• Nettoyer l’écran.
• Placer votre curseur aux bons endroits.
• Gérer la couleur pour dessiner vos formes.

Vous devrez aussi configurer votre terminal correctement pour qu’il n’affiche pas bêtement tout ce que vous tapez sur votre clavier. Il faudra aussi penser à gérer le temps et les entrées utilisateurs (read + select) ! Mais pas de panique, pour cet exercice, je vous fournirai ces quelques morceaux de code qui n’ont aucun rapport avec Termcap ou Terminfo et qui seraient peut-être un poil trop avancé pour certains néophytes.

Configuration du terminal avec Termios :

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#include "termcap_initializer.h"
#include "tetris.h"

#include <termios.h>

int main(int argc, char **argv)
{
  struct termios s_termios;
  struct termios s_termios_backup;
  int ret = 0;

  (void)argc;
  (void)argv;

  if (init_termcap() == 0) /* Fonction que vous aurez créé avec un tgetent dedans. */
  {
      if (tcgetattr(0, &s_termios) == -1)
          return (-1);

      if (tcgetattr(0, &s_termios_backup) == -1)
          return (-1);

      s_termios.c_lflag &= ~(ICANON); /* Met le terminal en mode non canonique. La fonction read recevra les entrées clavier en direct sans attendre qu'on appuie sur Enter */
      s_termios.c_lflag &= ~(ECHO); /* Les touches tapées au clavier ne s'affficheront plus dans le terminal */

      if (tcsetattr(0, 0, &s_termios) == -1)
          return (-1);

      ret = tetris();

      if (tcsetattr(0, 0, &s_termios_backup) == -1)
          return (-1);
  }

  return ret;
}

Récupération des entrées clavier avec read et select :

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int i = 0;
char read_buffer[64] = {0};
struct timeval timeout;

fd_set read_fd_set;

FD_ZERO(&read_fd_set);
FD_SET(STDIN_FILENO, &read_fd_set);

timeout.tv_sec = 0;
timeout.tv_usec = 5000;

i = select(STDIN_FILENO + 1, &read_fd_set, NULL, NULL, &timeout);

if (i == -1)
{

}
else if (i == 0)
{

}
else
{
  if (FD_ISSET(i, &read_fd_set) != 0)
  {
      read(STDIN_FILENO, read_buffer, sizeof(read_buffer));
          
      if (strncmp(read_buffer, tc_cmd.kl, strlen(tc_cmd.kl)) == 0 || read_buffer[0] == 'a') /* q for azerty ayout */
      {
          /* Ici on déplace la forme à gauche */
      }
      else if (strncmp(read_buffer, tc_cmd.kr, strlen(tc_cmd.kr)) == 0 || read_buffer[0] == 'd')
      {
          /* Ici on déplace la forme à droite */
      }
      else if (strncmp(read_buffer, tc_cmd.kd, strlen(tc_cmd.kd)) == 0 || read_buffer[0] == 's')
      {
          /* Ici on déplace la forme vers le bas */
      }
      else if (strncmp(read_buffer, tc_cmd.ku, strlen(tc_cmd.ku)) == 0 || read_buffer[0] == 'w') /* z for azerty layout */
      {
          /* Ici on fait tourner la forme */
      }
  }
}

Bon courage !

La correction est disponible sur Github.
Elle n’est pas parfaite mais rien ne vous empêche de l’améliorer en ajoutant par exemple :

• Le score.
• L’augmentation de la vitesse.
• L’affichage de la forme suivante.
• Un game over.

Voilà, c’est la fin de ce petit tutoriel sur Termcap et Terminfo.
J’espère qu’il vous aura plu et qu’il vous permettra de dompter votre terminal !

Pour ceux qui n’en auraient pas eu assez ou qui voudraient aller encore plus loin, je leur conseille de se tourner vers la bibliothèque NCurses qui est, à mon sens, la suite logique de ce tuto.

Bonne continuation à tous.
Et n’hésitez pas à nous faire partager vos créations sur le forum !