X11: はじめに

X Window System は、ウィンドウによるグラフィック画面を出力するためのシステムです。
単純に X と呼ばれたり、現在のバージョンが 11 なので、X11 とも呼ばれます。

X を動作させるには「X サーバー」が必要です。
各アプリケーションは、Xlib を使って、起動している X サーバーと接続し、ウィンドウを操作します。
X サーバーと接続している各アプリケーションは、「クライアント」と呼ばれます。

サーバーやクライアントと名のつく通り、X サーバーとクライアントの内部では、ネットワーク通信と同じ方法でやりとりが行われています。
そのため、クライアントは、ネット上の他のマシンで動作している X サーバーと接続することもできます。
(通常のデスクトップでは、同じマシン上で X サーバーが起動しています)

ただし、X 自体には単純なウィンドウを作る仕組みしかないので、ボタンやメニューなどの UI を表示したい場合は、クライアントが独自にその仕組みを作って描画するか、GTK+ や Qt などの既存のツールキットを使う必要があります。

また、X そのものには、ウィンドウフレームの装飾など、デスクトップに関する詳細な機能も定義もないため、それらは、ICCCM や EWMH (Extended Window Manager Hints) で定義されている仕様に基づいて、実装する必要があります。

ここでは、Xlib ライブラリを使った、低レベル API によるクライアントプログラムを作っていきます。

Xlib は、クライアントが X を使うために使用する、低レベルライブラリです。

Arch Linux なら libx11 パッケージ、Ubuntu/debian なら libx11-dev パッケージに、ヘッダファイルがあります。
他にも、X の拡張機能を使う場合は、各パッケージが必要になります。

ライブラリ	libX11.so
インクルードファイル	X11/Xlib.h : メインのヘッダ X11/Xutil.h : 各ユーティリティ関数など X11/Xatom.h : 事前定義されているアトムの宣言 X11/keysym.h : キーシンボル (KeySym) の値 X11/Xresource.h : リソースマネージャ関連

クライアントが X サーバーと通信を行うためには、まず XOpenDisplay() を実行して、X サーバーと接続する必要があります。
接続を閉じる場合は、XCloseDisplay() を使います。

<01-connect.c>

#include <stdio.h>
#include <X11/Xlib.h>

int main(int argc,char **argv)
{
    Display *disp;
    
    disp = XOpenDisplay(NULL);
    if(!disp)
    {
        printf("failed\n");
        return 1;
    }

    printf("connected\n");

    XCloseDisplay(disp);

    return 0;
}

-lX11 で、Xlib ライブラリをリンクしてください。

$ cc -o run 01-connect.c -lX11

XCloseDisplay() で接続を閉じた場合、デフォルトで、クライアントが作成したウィンドウなどのリソースはすべて破棄されます。

X では、ウィンドウやその他のリソースは、すべて XID 型 (unsigned long) の整数 ID で管理されます。

クライアントがウィンドウなどの作成を要求した場合、X サーバーは XID 型 (もしくは XID の別名) の整数値を返します。
これはポインタ値ではありません。
X サーバーは、各リソースを作成したあと、それを識別するための一意の整数値を割り当てて、それを返します。

そのため、作成された X リソースは、各クライアントごとに X サーバーによって保持され、管理されているので、クライアントの接続を閉じる際は、不要になった各リソースを個別に削除しなくても、XCloseDisplay() 時にまとめて削除することができます (明示的に XFree 関数などで解放するものは別)。

ただし、場合によっては、特殊な用途により、作成したウィンドウやリソースを X サーバー上に残したい場合があります。
その場合は XSetCloseDownMode() を使います。

XSetCloseDownMode() でリソースを残すように設定した場合、XCloseDisplay() で接続を閉じた後も、クライアントが作成したリソースは残ります。
その後、他のクライアント上で、XKillClient() を使って、そのリソース ID を指定すると、サーバーに残ったリソースを解放させることができます。