Xft字體庫：體系結構及用戶指南
Keith Packard
XFree86 Core Team, SuSE Inc.
keithp@keithp.com
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摘要
X渲染擴展（X Render Extension）提供了一個新的基於客戶方字形（glyph）和字體管理的字形渲染體系結構。這個擴展設計在解決了許多相關技術難題的同時，也把光柵化字體、配置字體以及定製字體使用的責任交給了每一個X客戶程序。
編寫Xft庫是為了給X應用程序提供一個能訪問FreeType字體光柵化引擎和X渲染擴展的、便於使用的介面，鑒於FreeType沒有提供配置和定製字體的功能，Xft也擔負了這一任務。Xft提供了新的字體命名約定、複雜而精密的字體匹配和選擇機制，並對相關功能進行充分的抽象，從而使得一般應用程序既能夠從使用X渲染擴展的文本輸出獲得益處，又能在不支持這一擴展的X伺服器上正常工作。
1 引言
X渲染擴展[Pac01]把訪問字體文件和生成字形圖像的功能從X伺服器移到了X客戶一方。採用客戶方字形管理的X應用程序在以下幾個方面有優勢：可以訪問字體文件的所有細節，應用程序可以指定特有字體，漸增的光柵化處理（incremental rasterization），並且有可能與其他部件共享字體，例如印表機。此外，鑒於底層的渲染機制基於圖像而非字形，字形的光柵化技術、乃至字體文件格式本身都不再依賴於X伺服器的能力，所以現在新字體技術的集成速度可以跟得上獨立應用程序的開發，而不必遙遙無期地等待新的X伺服器增強技術。
當X伺服器不再負責管理字體文件的訪問和字形生成，就需要一個新的函數庫在客戶方完成相應的任務。由於X渲染擴展在設計上支持消鋸齒（anti-aliased）圖形，這個新的函數庫需要支持高質量的消鋸齒字形光柵化。
FreeType項目[TT00]開發了一個完整的字體光柵化引擎，不僅支持大多數輪廓字體格式，還支持標準的X PCF點陣圖字體，X渲染擴展接收字形圖像並使之在屏幕上顯現。為了讓應用程序能在屏幕上顯現高質量的文本，所需要做的就是在FreeType和X渲染擴展之間放置一層薄薄的「粘合」代碼。
對於不支持渲染擴展的X伺服器，這個函數庫還需要提供訪問「核心」字體（使用原始X核心協議訪問的字體）的能力，這就使得應用程序能在轉向新函數庫時仍然支持老式X伺服器。
FreeType庫沒有指定如何定位字體文件，而是需要應用程序提供字體文件名，這就把配置和定製可用字體集合的負擔放在了FreeType庫以外，因此，這個新的「粘合」層也需要提供一些配置功能以便在桌面環境中應用。
2 X渲染擴展字形管理
X渲染擴展提出了幾個簡單抽象供應用程序管理字形。每個Glyph結構包括一個覆蓋字形外形的alpha掩碼（一個描述不透明值的矩形映象）、從alpha掩碼原點到名義字元原點的偏移量、到下一字形的位移（包括垂直和水平的偏移量），GlyphSet結構則包含了一個字形結構的集合，應用程序使用一個32位的索引對字形集進行編號。
應用程序繪製文本時，把一個GlyphSet標識符以及一系列針對該GlyphSet的索引發送到X伺服器，X伺服器通過對指定位置使用字形結構中的偏移量調整確定繪製位置，並渲染alpha掩碼來完成對每個字形的處理，後續字形的繪製位置則是通過在當前原點加上位移向量實現。正如X核心協議中的PolyText請求，在同一個請求中可以對字形序列作出調整位置、改變GlyphSet等變動，從而使得一個複雜的字元串在一次操作中完成渲染。
為了覆蓋世界上更多的民族，操作系統支持的語言和區域集合不斷擴展，伴隨這種擴展，大多數字體中包含的字形數也大大增加，當今流行的輪廓字體中會包含幾千個字形。十多年前，漸增式渲染字形被看作一種合理的優化，現在已成為各種字體機制中的基本組成部分，以儘可能減少每種字體佔用的內存，並縮短訪問一種新字體時所需的時間。X渲染擴展通過允許在需要時把一個Glyph加入已存在的GlyphSet，提供了這種漸增式渲染支持。由於在添加Glyph的過程中沒有任何從X伺服器到X客戶的信息流，這一過程可以完全非同步進行。這種非同步性保證了即使面對一個高網路延遲的環境，仍有可接受的性能表現。
當應用程序傳送它們需要顯示的字形圖像時，X伺服器通過在任何可能情況下共享相同字形來節省內存。
3 FreeType庫
FreeType項目的初衷是要構建一個自由的TrueType字體光柵化器。FreeType的第一版提供了與現有系統相當的高質量TrueType光柵化器，FreeType的第二版對內部結構進行了一般化以支持更多字體格式，除了支持Type-1、OpenType和CID等眾多輪廓字體格式，FreeType現在還支持X的標準PCF格式（可移植編譯格式）的點陣圖字體。
FreeType不僅提供光柵化以及度量字形的介面，還提供存取字體文件內各種形式的字距調整和字形替換等表格的機制。這就在基礎字體含有相應表格的前提下，使應用程序能夠獲得在各種區域中定位字形所必需的數據。
既然FreeType項目明確地要構建一個通用的字體函數庫，在XFree86開發一個新函數庫的負擔就可以大大減輕，因為可以直接採用現有系統，並提供「粘合代碼」改變FreeType數據結構使之使用X渲染擴展的要求。這固然使得應用程序需要面對FreeType函數庫可能的變化，但考慮到FreeType是一個成熟的項目，相對於完全由XFree86開發一個新函數庫的情形，這種變化的嚴重性大概會輕很多。
字體命名和配置不屬於FreeType函數庫，這些「雜務」交給了應用程序。考慮到FreeType應用於各種環境，有些甚至沒有文件系統，為保證FreeType得到最大程度應用並獨立於系統策略，這種設計思想是適當的。提供這些支持成為Xft實現中最困難的部分，並且其中一部分可能很快就被替換。
4 XLFD命名
X核心協議規定了用非結構化字元串命名字體的方法，X邏輯字體描述（XLFD）[SG92]用於在字元串名格式中加入結構信息。在開發X時，用於桌面計算的輪廓字體還是一個相對新奇的事務，所以X核心協議和XLFD都是基於點陣圖字體設計的，當圍繞縮放字體命名的語法和語義加入XLFD時，基於XLFD的開發已經進行了相當長的時期。
XLFD中字體命名語法的意圖在於僅通過名字就可以嚮應用程序提供足夠的字體信息，這樣就可以在不訪問字體數據情況下，進行字體選擇和字體列表表示。
XLFD還提供了使用包含「?」和「*」的名字打開字體的標準策略，使用這類名字時，選中的字體將是第一個匹配的字體，即使用相同模式請求列出字體時返回的第一個。不幸的是，X伺服器保存字體名時為了高效搜索，會在各字體目錄中進行內部排序，所以不能保證「*」的默認值是合理的。例如，當在字體名的weight欄位使用「*」時，X伺服器會把bold字體列在normal字體之前。
這個策略真正失敗之處在從point（點值）尺寸到pixel（像素）尺寸的映射。XLFD在字體名中分別提供了兩個軸向上的pixel尺寸、point尺寸和resolution（解析度），標準的X字體按照解析度分別存放，「75dpi」和「100dpi」下各自存放著與該解析度匹配的各種點值尺寸的字體，其他字體目錄下一般是為了在75dpi屏幕光柵化。
協議指導X伺服器按照在字體路徑（譯註：font path，應指配置文件中相應節）中出現的順序去搜索字體目錄，這就使字體路徑決定了對解析度的傾向性。如果100dpi的目錄列在前面，當應用程序在字體名的resolution欄位用「*」時，只要在100dpi目錄下存在匹配字體就會使用該字體，否則才去嘗試75dpi的字體。
應用程序如果在字體名中僅指定point尺寸，而在resolution欄位使用「*」，那麼最終將會得到一組隨即尺寸的字體：那些在100dpi目錄下發現的字體按照100dpi屏幕光柵化，其他字體則按照75dpi屏幕光柵化從而會顯得小一些。
最終的結果是XLFD的字體匹配充滿了危險，應用程序經常列出所有可用字體（作出選擇）然後提交完整XLFD字體名（譯註：不含「?」和「*」）給X伺服器。
XLFD的另一個問題是在字體名中包含了字形的平均寬度欄位。對於需要在不同總體寬度的字體中進行選擇的應用程序而言，這是個非常有用的信息，而且對點陣圖字體也很容易計算。但是對輪廓字體，除非在指定尺寸下對每個字形進行光柵化計算，該欄位值不能算出。僅僅列出一個特定尺寸下所有的可用字體就會導致光柵化每一個字體的每一個字形。
XLFD提供了關於可用字體的有用信息，出列平均寬度，這些信息都是容易計算並交付應用程序的。使用XLFD的應用程序應該在本地管理XLFD字體名，而不要依賴伺服器方字體匹配，也就是通過列出可用字體收集信息，再利用這些信息構造完整字體名。
鑒於XLFD沒有提供一種按照語義匹配的合理方案，需要有新方案允許在應用程序給定一組約束情況下，基礎的字體系統能夠定位一個適當的字體。這樣的系統需要有足夠的靈活性以便能夠包含現在不能預料的新字體特性，也不需要應用程序完全指定字體的方方面面。
5 設計一個新函數庫
Xft在三個方面與環境交互：通過編程介面與應用程序交互，通過配置文件與系統交互，通過讓用戶指定字體名與用戶交互。雖然這三方面在函數庫中緊密相關，但從設計角度來說，它們是分離的。
5.1 應用程序介面設計
Xft的首要目標是把FreeType的輸出和X渲染擴展結合起來，但是，為了Xft能作為現有的Xlib文本輸出常式的替代物而被人接受，其次要目標包括支持核心X字體，儘管這樣做可能以損失應用程序功能為代價。
由於FreeType不提供字體選擇功能，所以Xft的一部分要進行字體匹配。採用現有的XLFD機制會極大地限制字體匹配地能力，所以Xft提出了一種新格式。這種選擇機制被設計為總能匹配某種字體，允許應用程序假設適當地字體存在，避免在每個級別上都要考慮失敗回落。
另一個要求是函數庫要提供合理地匹配，例如需要italic（斜體）字體時用oblique（傾斜）字體代替，在不指定weight要求時使用中等weight的字體。這允許應用程序在指定字體時不必指定所有的特徵，而且可以期望得到合理的結果。當應用程序的請求存在相互矛盾時，決定哪些特徵更重要的政策能提供解決方案。
為了在函數庫級別上簡化可選的文本編碼，所有的文本輸出常式只接受Unicode編碼的數據。其他的編碼需要由應用程序負責轉換，無論是在操作系統邊界還是應用程序與Xft之間。由於大部分現存的字體一般都有Unicode編碼（譯註：指其內部檢索採用的編碼方式，可能有多種，置於不同表格結構，這取決於具體的字體文件格式），或是某種易於轉換到Unicode的編碼，這個策略顯著地簡化了函數庫地內部結構，同時以一致的視圖呈現於應用程序之前。
另一個重要目標是儘可能避免把內部數據結構暴露給應用程序。X渲染擴展允許漸增式下載新字形，設計Xft時允許按需光柵化新字形，這就要求（字形的）度量信息通過一個函數獲取，而不是象Xlib中那樣直接訪問相應數據結構。
最後，Xft被設計為一個完整的字體訪問函數庫，所以底層的FreeType數據類型未被隱藏，以便應用程序可以直接使用FreeType自身。這降低了Xft的複雜度，同時允許應用程序完全存取可用的字體信息。
5.2 字體命名設計
Xft字體命名設計方案最初源於這樣的觀念，即字體名應該反映字體屬性，不管是應用程序想要的屬性還是字體自身的屬性。由於應用程序的需求並不固定，而字體的特性也不斷得到增強，下述想法逐漸形成：字體名應該用一個可變的指定屬性列表表示，每個屬性有一組相關值。允許屬性有多個值，提供了為字體的家族（family）名或風格（style）等屬性指定可接受的替代值的能力。
這一設計統一了應用程序的字體請求和可用字體的表示。一個XftPattern是一組指定屬性，每個屬性有一個或多個值。每個可用字體用一個給出了該字體特性的XftPattern來描述。應用程序構造一個描述了其請求的XftPattern，該XftPattern其後將與所有描述可用字體的XftPattern進行匹配，與應用程序請求最匹配的可用字體將被選中。這種「最近匹配」機制保證每個應用程序字體請求都能匹配一個字體，雖然該字體的精確特性可能與應用程序的請求有一定差別。
一種XftPattern的文本表示方法最終被設計出來，這就允許應用程序在很大程度上象當前一樣使用字元串去選擇字體。
XftPattern提供了一種簡單但可擴展的機制，供應用程序與所使用的字體之間傳達請求和能力，具體的用法在第6節描述。
5.3 字體列表設計
X核心協議提供了支持查詢可用字體集合的原語，簡單的、shell風格的模式（Pattern）傳送到X伺服器，匹配該模式的字體名集合被返回。只有獲得幾乎包括系統中所有字體的列表，才能發現可用的字體家族集合。應用程序要負責從這些大量數據中提取有用信息。
真正需要的是能向系統請求特定的相關信息，並由系統丟棄多餘數據。應用程序可以專註於檢驗和操作信息，而不是花費很大氣力去解析XLFD字元串。
Xft把用於返回可用字體數據的信息分為兩部分，第一部分是從可用字體中做選擇所需的模式，第二部分是決定應用程序有興趣接收信息的一組屬性名。匹配字體的列表將被修剪，以消除在所選屬性中重複的項。
最後需要說明的是，「最好匹配」的觀念在列出字體時沒有用，應用程序用字體列表為用戶產生對話框，或者用來發現字體家族的能力。這時，需要對模式中的每個元素做精確匹配，而不是測量可用字體與請求模式的差距（以尋找最好匹配——譯註）。
5.4 配置設計
為避免可能在字體配置和定製機制出現互不兼容的分支，需要一個標準。鑒於沒有可用的現有標準，在Xft中加入字體配置至少能保證X應用程序使用相同方式共享和命名字體。
一個基本的定製需求是允許一種字體作為另一種字體的替代，這種「別名」機制能在某種字體不可用時，選擇擁有近似特性的字體來維護文本的外觀統一。另一個有用的任務是支持一般的「mono」、「sans」和「serif」字體，應用程序可以在大多數情況下按照用戶偏好選用。
另一個目標是要使添加字體儘可能容易。核心X字體配置機制使用X伺服器字體路徑列出所有查找字體的目錄集合，在每個目錄下，需要生成兩個單獨的配置文件來進行字體名到文件名的映射。如果這些文件丟失或損壞，就不能正確地進行字體選擇。不再使用這些配置文件，會使系統總體上更加健壯。
最後，用戶和管理員需要定製特定字體的光柵化。一些用戶希望避免對某些字體、或是某些尺寸範圍內的字體使用消鋸齒功能，另一些需要對某些字體調整尺寸和間距。
實際上，Xft並非放置所有這些配置功能的正確場所，因為X應用程序並不是唯一對訪問字體和字體信息感興趣的程序。把這些配置機制移出Xft，放在一個能被非X應用程序使用的函數庫，將是近期開發的焦點（譯註：該功能已經移到FontConfig函數庫。）
6 Xft字體名
Xft的字體名用一個指定屬性的列表表示，其中每個屬性帶有一個有類型值的列表，這個屬性集合存放在XftPattern數據結構中。有一些常式用於創建、編輯XftPattern以及進行與可用字體列表進行匹配的操作。Xft有一些內部支持的屬性，如表1中所示；但是並不限制應用程序僅使用這些屬性，Xft會忽略所有不理解的屬性。
為了讓XftPattern能夠傳輸和存儲，一個模式的結構能用一個字元串表示。這些字元串的格式如圖1所示。每一個支持的（屬性）名字有一個隱含類型，以便解析相關值，這樣就避免使用引號或其它詞法機制來區分不同類型。一些指定常量可以取代一些值或者完整的「name=value」對，因為常量唯一確定了相關屬性名字，沒有必要再顯式給出名字。表2給出了可用的常量列表。這些常量中的每一個在內部都用一個值表示，這就允許在應用程序請求的值和可用字體的值之間進行相似匹配。例如，一個應用程序請求「demibold」時，會選中「bold」而不是「medium」。這有助於達成應用程序的意圖，即使在開發和測試過程中沒有與之匹配的可用字體。
名字 類型 C語言名
family String XFT_FAMILY
style String XFT_STYLE
slant Int XFT_SLANT
weight Int XFT_WEIGHT
size Double XFT_SIZE
pixelsize Double XFT_PIXEL SIZE
encoding String XFT_ENCODING
spacing Int XFT_SPACING
foundry String XFT_FOUNDRY
core Bool XFT_CORE
antialias Bool XFT_ANTIALIAS
xlfd String XFT_XLFD
file String XFT_FILE
index Int XFT_INDEX
rasterizer String XFT_RASTERIZER
outline Bool XFT_OUTLINE
scalable Bool XFT_SCALABLE
rgba Int XFT_RGBA
scale Double XFT_SCALE
render Bool XFT_RENDER
minspace Bool XFT_MINSPACE
dpi Double XFT_DPI
charwidth Int XFT_CHAR WIDTH
charheight Int XFT_CHAR HEIGHT
matrix Matrix XFT_MATRIX
表1 Xft字體名屬性
name : families sizes properties
families : family-names
|
family-names : family-names ,string
| string
sizes : -size-list
|
size-list : size-list ,number
| number
properties : properties :property
|
property : string =value
| named-constant
value : string
| number
| boolean
| named-constant
| matrix
matrix : number number number number
Examples:
times,serif-12:italic
courier,mono-14:matrix=1 .1 0 1
圖1: Xft字體名語法.
另外，雖然XLFD字體名不理想，但是它在現有的X應用程序中很常見，而且也表達了一組期望的字體特性。Xft能夠把XLFD字體名轉換成XftPattern，以便能使用Xft匹配規則選擇字體，而不用第4節中所述的XLFD匹配規則。
名字 常量 值
weight light 0
medium 100
demibold 180
bold 200
black 210
slant roman 0
italic 100
oblique 110
spacing proportional 0
mono 100
charcell 110
rgba rgb 1
bgr 2
vrgb 3
vbgr 4
表2 Xft字體名常量
Xft字體名被設計為可擴展，以便即使Xft/FreeType2界面繼續成長並為新系統提供模式元素情況下，現有應用程序依然能夠正確運轉。
7 Xft配置文件
使用核心協議，應用程序保證可以存取所有可用字體，因為由X伺服器負責定位字體；現在字體管理移到了客戶方，定位字體成為應用程序的責任。沒有了可以共享的集中配置機制，每個應用程序可用的字體集合都可能有很大不同，安裝和選擇字體就可能有問題或者出錯。
Xft配置文件的主要作用是指定可用字體文件的位置，其次是調整字體選擇以及定製光柵化參數。
默認情況下，Xft的配置文件「XftConfig」在/usr/X11R6/lib/X11目錄下，但可以通過在XFT_CONFIG環境變數中指定一個不同的文件名來改變。
文件中任何地方都可以放置註釋，「#」字元將使其後直到行尾的部分成為註釋。其他的語法將在下面幾節說明。
7.1 字體目錄
在配置字體所在位置時，Xft使用了一種極為簡單的方法。指定一個目錄的列表，Xft在這些目錄中查找字體文件，所有找到的字體文件將被加入用於匹配的可以字體列表。（字體）在目錄中的位置是無關緊要的，因為Xft總是在所有字體中進行最佳匹配。在配置文件中，用如下格式的行來指定目錄：
dir "/usr/X11R6/lib/X11/fonts/Type1"
在目錄下不再需要其他配置，Xft自動掃描目錄來發現字體。
7.2 嵌套配置文件
為了把配置文件劃分為便於管理的部分，也為了允許基於用戶的函數庫定製，Xft配置文件中允許出現如下格式的行：
include "/usr/local/lib/XftAliases"
includeif "~/.xftconfig"
兩種格式的唯一區別在於：使用第一種格式，當被引用的文件找不到時，會發出警告消息。「~」字元指的是用戶的主目錄。因為Xft配置文件由用戶的應用程序自己進行解析，這就能在不管X的顯示（display）情況下，實現基於用戶的定製。
7.3 字體模式編輯
為了能在字體匹配過程中實現字體替換以及其他的調整，也為了能配置光柵化過程，Xft配置文件中可以包含一些操作，這些操作能在匹配過程結束前修改Xft模式。這些操作被稱為「編輯命令」（editing commands），與模式匹配時執行以修改模式，每個命令按照它們在配置文件中出現的順序執行。這些命令的語法示於圖2。
command : match tests edit edits
tests : test tests
|
test : any | all name compare value
compare : == | != | < | <= | > | >=
edits : edit edits
|
edit : name eqop expr ;
eqop : = | += | =+
expr : value
| name
| expr binop expr
| !expr
| expr ?expr :expr
binop : || | && | == | != | < | <= | > | >= | + | - | * | /
Examples:
# Use LuciduxSerif as default serif』ed font
match any family == "serif"
edit family += "LuciduxSerif";
# Avoid using anti-aliasing at some sizes for LuciduxSerif face
match any family == "LuciduxSerif" any size < 14 any size > 8
edit antialias = false;
圖2 Xft模式編輯語法
match子句用來選擇待編輯的模式，其值為「真」時才會進行編輯。如果表達式使用「any」前綴，那麼當與指定欄位相關的任何值符合條件時，子句取「真」值；如果表達式使用「all」前綴，那麼只有當所有值符合條件時，子句才取「真」值。
edit子句在模式的欄位上操作，可以替換或者修正相關值。如果在match子句中引用模式中同一元素，則匹配值將被標記。
在edit子句中，「+=」操作符把值插入標記值之前，「=+」操作符把值插入標記值之後，「=」操作符則替換標記值。如果沒有值被標記，「+=」和「=+」操作符分別把值加入整個值列表的頭和尾，「=」操作符將會替換所有的值。
表達式中的操作符的含義都很明顯，一種可能有些意外的情況，是「+」操作符可以用於連接字元串。表達式中可能引用字體中的某些欄位，這種情況下，使用該欄位的第一個值。
使用此機制幾個月後，發現這種機制很複雜，並且完成不了一些預期的任務。缺陷之一是編輯隻影響進入的模式，而不對匹配的字體進行任何操作。這使得禁止LuciduxSerif字體消鋸齒效果的例子（譯註：圖2中的第二個例子）產生非預期的結果，例如，當以如下名字指定字體時，
Times,LuciduxSerif,serif-10
match子句將會成功匹配該模式，從而導致Times字體在顯示時失去了消鋸齒效果。
另一個問題是字體別名含義不清，目前還沒有提供精確語義。關於字體別名，有兩種可能的語義：一種是在任何情況下都用一種字體替換其它，另一種是只有當某些字體不存在時，才用特定字體替換。關於這一點的明確聲明既能澄清文件格式，也有助於改進匹配的語義。（譯註：本段中的「字體」對應原文的face）
8 字體匹配
Xft中字體匹配的目標是從應用程序接收一組字體特性的描述，然後從所有可用字體中返回最好的。應用程序調用XftFontMatch函數，並提供XftPattern形式的字體規格說明。模式按照7.3節中所描述的方式進行編輯，表3所示的X資源可以用來修改模式。如果應用程序沒有指定像素尺寸，將根據指定的點值尺寸（如果也沒有指定，使用12.0）乘以縮放因子，再利用指定的dpi值將點值轉換為像素。其他的X資源用作相關模式元素的默認值。
X資源 類型 效果 默認值
Xft.render Bool 指導Xft使用客戶方字體 HasRender
Xft.core Bool 指導Xft使用伺服器方字體 !HasRender
Xft.antialias Bool 選擇字形是否需要消鋸齒 True
Xft.rgba Number 指定LCD屏幕上的子像素順序 0
Xft.minspace Bool 消除行間的額外間距 False
Xft.scale Number 所有字體點值尺寸的縮放因子 1.0
Xft.dpi Number 用於從點值尺寸轉換為像素尺寸 屏幕的垂直dpi
表3 用X資源調整Xft值
完整的模式隨後將用於與所有可用字體進行比較，只有表4中所示的欄位在比較中有用。表中欄位的順序是有意義的，表中靠前的元素不匹配將使後面元素的匹配變得無效。如果模式或字體缺少某一元素，將默認為匹配。數字值按照其差值的大小進行度量，這就是為什麼指定「oblique」將選擇「italic」，而不是「roman」。（譯註：參見表2的常量定義。）
Order Name Type
1 foundry String
2 encoding String
3 antialias Bool
4 family String
5 spacing Number
6 pixelsize Number
7 style String
8 slant Number
9 weight Number
10 rasterizer String
11 outline Bool
表4 Xft欄位比較的匹配順序
有多個值的欄位傾向於匹配列表中靠前項的字體，按照這種方式，下面名字將相對於「LuciduxSerif」優先匹配「Times」。
Times,LuciduxSerif,serif-10
一但選中了某一字體，將會構造一個能精確描述該字體的XftPattern，以便應用程序知道究竟選用了什麼字體。這個模式包括底層字體文件的信息，從而允許應用程序直接通過FreeType訪問未獲得的信息。在模式中有、而字體中沒有的欄位也被加上，這就允許應用程序之間交換字體模式的信息，這種通信既可以在應用程序與光柵化器之間，也可以在應用程序自身發生。
9 X核心字體處理
雖然Xft的主要目標是在FreeType和X渲染擴展基礎上，提供客戶方字體支持，但是為了在X渲染擴展不可用時提供應用程序兼容性，同時X核心字體支持也是合理的。這必然限制函數庫的能力，但即使這樣，很多應用程序無論使用X核心字體或基於渲染擴展字體機制時，不加修改地使用Xft函數，另一些則只需作一些小小的改動以便注意到何時不能使用FreeType函數。
核心字體處理有兩個部分：字體選擇和渲染。字體選擇是通過列出可用的X字體，將其轉換為XftPattern結構，然後從應用程序接收模式進行匹配。由於按照接近程度進行匹配，而不是採用簡單的shell模式匹配，一般情況下，這種匹配得到的結果要比用XLFD指定更有用。這有助於簡化應用程序的設計，因為在此之前它們需要包含可觀的、用於X核心字體匹配的機制。
一但選定某種核心字體，渲染就成為簡單的事情：可以讓Xft常式調用標準Xlib中文本繪製常式。唯一的困難是把應用程序提供的Unicode字形映射到字體所支持的編碼。
這種合併的效果之一是Xft渲染常式只提供那些渲染擴展和核心字體都支持的能力。應用程序可以為繪製指定半透明的顏色值，但是如果使用的是核心字體，該指定將被忽略。類似地，Xft不提供選擇光柵化操作或者組合操作（譯註：X渲染擴展在伺服器方的基本設計思想是基於圖像組合操作），因為它們都只被底層的一種渲染機制支持。最終的結果是一種新的使用核心字體的方式，相對於Xlib中的對應物，在許多方面更容易使用，並且功能更強大。
10 Xft介面總覽
Xft編程介面很容易劃分到三個單獨區域：處理XftPattern以及匹配字體、在屏幕上繪製字形、用於提供底層FreeType函數庫介面的一小部分。
10.1 Xft數據結構
XftValue
typedef enum _XftType {
XftTypeVoid,
XftTypeInteger,
XftTypeDouble,
XftTypeString,
XftTypeBool,
XftTypeMatrix
} XftType;
typedef struct _XftValue {
XftType type;
union {
char *s;
int i;
Bool b;
double d;
XftMatrix *m;
} u;
} XftValue;
一個XftValue存放一個XftPattern元素的一個值，應該作為一個加了標籤的聯合來對待：使用聯合前應該先設置或檢查「type」欄位。字元串或者矩陣元素單獨存放，Xft從應用程序接收XftValue結構后，總是根據這些指針複製數據，這就使得應用程序自由地決定使用靜態或是堆棧中的存儲。
XftPattern
typedef struct _XftPattern
XftPattern;
XftPattern是一個不透明地數據結構，用於存放一個指定元素的列表，而每個元素又有一個XftValue的列表。Xft為構建和查詢這些模式提供了介面。
XftFont
typedef struct _XftFont {
int ascent;
int descent;
int height;
int max_advance_width;
Bool core;
XftPattern *pattern;
union {
struct {
XFontStruct *font;
} core;
struct {
XftFontStruct *font;
} ft;
} u;
} XftFont;
當打開字體時，返回XftFont數據結構，並用於繪製字形。其可見成員提供了關於字體的少量信息。如果core的值為真，底層使用X核心字體，這時u.core.font 指向一個 XfontStruct結構；否則底層使用FreeType字體而u.ft.font欄位引用XftFontStruct結構。
XftFontStruct
typedef struct _XftFontStruct
XftFontStruct;
struct _XftFontStruct {
FT_Face face;
GlyphSet glyphset;
int min_char;
int max_char;
FT_F26Dot6 size;
int ascent;
int descent;
int height;
int max_advance_width;
int spacing;
int rgba;
Bool antialias;
int charmap;
XRenderPictFormat *format;
XGlyphInfo **realized;
int nrealized;
Bool transform;
FT_Matrix matrix;
};
也許這個結構將來會隱藏起來，用一些適當的函數訪問某些內部欄位。最有用的欄位當屬「face」，用於引用底層的FreeType對象，但是在內存中保存這類對象開銷太大，所以這些應該被緩衝並且按需調入。應用程序在使用該欄位時，明智的方法是通過宏包裝，以備將來該欄位不再可見。關於該結構其他欄位的可見性還需進一步核查。
XftDraw
typedef struct _XftDraw
XftDraw;
XftDraw封裝了在X可畫物上渲染字形所需的狀態。對於使用渲染擴展的情況，需要Picture，對於使用X核心協議情況，需要GC和相關像素值。（譯註：可畫物，drawable，是Xlib編程基本概念，包括window和pixmap）
XftColor
typedef struct _XftColor {
unsigned long pixel;
XRenderColor color;
} XftColor;
渲染擴展需要RGBA，而X核心需要像素值；XftColor保存了二者，並有相應常式來初始化以及釋放相關資源。對於真彩色可視類型，分配常式為了避免往返傳遞的開銷，在本地計算像素值，這樣來消除性能下降。如果已知將使用渲染擴展，「color」成員可以手動初始化而不去設置「pixel」的值。（譯註：可視類型，visual type，是Xlib編程基本概念，可以是StaticGray, StaticColor,TrueColor, GrayScale, PseudoColor, 或DirectColor之一）
XftObjectSet
typedef struct _XftObjectSet
XftObjectSet;
Xft的字體列示機制使用XftObjectSet來限制返回給應用程序的數據總量，XftObjectSet用於存放一個欄位名的列表。
XftFontSet
typedef struct
_XftFontSet {
int nfont;
int sfont;
XftPattern **fonts;
} XftFontSet;
XftFontSets指向一組模式集合，用作字體列示函數的返回值。
XftResult
typedef enum _XftResult {
XftResultMatch,
XftResultNoMatch,
XftResultTypeMismatch,
XftResultNoId
} XftResult;
需要返回搜索結果的函數使用這個數據類型來表示它們的發現，XftResultMatch表示發現了對象XftResultNoMatch說明沒有發現匹配對象，XftResultTypeMismatch說明發現了某個對象，但是類型不對，XftResultNoId說明發現了對象，但是比請求的值少。
10.2 字體模式操作
許多Xft操作涉及XftPattern對象，鑒於應用程序不應該直接訪問這些對象，有一組常式用於操作它們。
XftPatternCreate
XftPattern *
XftPatternCreate (
void)
創建一個空的模式。
XftPatternDuplicate
XftPattern *
XftPatternDuplicate (
XftPattern *p)
創建一個新模式，其所有值源自「p」所指對象。如果值引用其他存儲（字元串和矩陣），相關存儲將被複制到新分配存儲區中。
XftPatternDestroy
void
XftPatternDestroy (
XftPattern *p)
釋放所有相關的存儲，包括模式中引用的字元串和矩陣。
XftPatternAdd
Bool
XftPatternAdd (
XftPattern *p,
const char *object,
XftValue value,
Bool append)
把「value」加入「object」欄位的值列表中。如果「append」為True，值將被加到列表尾部，否則插入到頭部。如果「value」引用字元串或者矩陣，XftPatternAdd將分配新存儲區並複製，只有在分配空間失敗時，XftPatternAdd才返回False。此函數是其他XftPatternAdd函數的基礎。
Bool
XftPatternAddInteger (
XftPattern *p,
const char *object,
int i)
Bool
XftPatternAddDouble (
XftPattern *p,
const char *object,
double d)
Bool
XftPatternAddString (
XftPattern *p,
const char *object,
const char *s)
Bool
XftPatternAddMatrix (
XftPattern *p,
const char *object,
const XftMatrix *s)
Bool
XftPatternAddBool (
XftPattern *p,
const char *object,
Bool b)
這些函數中的每一個都會創建適當類型的臨時XftValue，並作為參數傳遞給XftPatternAdd，調用時「append」設為True。
XftPatternGet
XftResult
XftPatternGet (
XftPattern *p,
const char *object,
int id,
XftValue *v)
XftPatternGet搜索指定的模式，找到名字與「object」匹配的元素，然後在值列表中找到第「id」個（從0開始計數）個元素，把結果值存入「v」。此函數不為字元串和矩陣分配存儲區，所以應用程序必須確保不在XftPattern自身的生存期之外引用該值。此函數是其他XftPatternGet函數的基礎。
XftResult
XftPatternGetInteger (
XftPattern *p,
const char *object,
int n,
int *i)
XftResult
XftPatternGetDouble (
XftPattern *p,
const char *object,
int n,
double *d)
XftResult
XftPatternGetString (
XftPattern *p,
const char *object,
int n,
char **s)
XftResult
XftPatternGetMatrix (
XftPattern *p,
const char *object,
int n,
XftMatrix **s)
XftResult
XftPatternGetBool (
XftPattern *p,
const char *object,
int n,
Bool *b)
這些函數中的每一個都調用XftPatternGet。如果結果的數據類型與函數不匹配，函數將返回XftResultTypeMismatch，否則與XftPatternGet的返回值相同。
XftPatternBuild
XftPattern *
XftPatternBuild (
XftPattern *orig,
...)
「orig」之後的參數構成了一個用於加入到指定模式的名字、類型和值的列表，如果「orig」為空，將分配一個新模式。模式參數的格式如下：
char *object,
XftType type,
union {
char *s;
int i;
Bool b;
double d;
XftMatrix *m;
} u
列表用一個空對象結束，例如：
p = XftPatternBuild (
0,
XFT_FAMILY,
XftTypeString,
"mono",
XFT_SIZE,
XftTypeDouble,
12.0,
0);
這個函數是一個便捷函數，它把若干XftPatternAdd調用封裝到一個語句，其語義與作一組相當的XftPatternAdd調用是一樣的。
XftPattern *
XftPatternVaBuild (
XftPattern *orig,
va_list va)
這個函數使用變參列表，其參數格式與XftPatternBuild 一致，產生結果也一樣。
10.3 字體選擇
Xft的字體選擇函數分若干級別，所用到的模式既可以由簡單的字體名字元串隱含生成，也可以由應用程序顯式管理，在交付下層匹配介面前進行操作。作為最基本的級別，Xft提供：
XftFontMatch
XftPattern *
XftFontMatch (
Display *dpy,
int screen,
XftPattern *pattern,
XftResult *result)
此函數用應用程序生成的XftPattern進行配置文件編輯和X資源替換（譯註：見第7、8節），然後把得到的模式在可用字體集合中匹配，最接近的字體名以另一個XftPattern的形式返回，該模式包含足夠的信息以使用XftFontOpenPattern函數打開字體。如果失敗，返回值為0，並且在「result」中放置錯誤指示。
XftFontOpenPattern
XftFont *
XftFontOpenPattern (
Display *dpy,
XftPattern *pattern)
XftFontOpenPattern接受匹配的字體模式，為字體創建XftFont結構。返回的XftFont包含一個對傳入模式的引用，該模式將在以該XftFont為參數調用XftFontClose時被銷毀。
XftFontOpen
XftFont *
XftFontOpen (
Display *dpy,
int screen,
...)
「screen」之後的參數構成了一個暗含的XftPattern，如同10.2節對XftPatternBuild參數的描述。下面是一個例子：
f = XftFontOpen (
dpy,
DefaultScreen(dpy),
XFT_FAMILY,
XftTypeString,
"mono",
XFT_SIZE,
XftTypeDouble,
12.0,
0);
根據這些參數可以創建一個模式，將其作為參數調用XftFontMatch，返回結果有傳遞給XftFontOpenPattern，最終產生本函數的返回值。
XftFontOpenName
XftFont *
XftFontOpenName (
Display *dpy,
int screen,
const char *name)
與XftFontOpen類似，「name」參數構成暗含的XftPattern，XftFontMatcn和XftFontOpenPattern以同樣方式被調用以最終得到匹配的XftFont。
XftFontOpenXlfd
XftFont *
XftFontOpenXlfd (
Display *dpy,
int screen,
const char *xlfd)
除了通過解析「xlfd」指向的XLFD字體名得到XftPattern以外，此函數與XftFontOpenName完全相同。
XftFontClose
void
XftFontClose (
Display *dpy,
XftFont *font)
下層的核心或者FreeType字體對象被關閉，字體引用的模式被銷毀。
10.4 XftDraw操作
Xft提供了可以屏蔽X核心和渲染擴展這兩種不同渲染機制之間差異的一種抽象，XftDraw對象提供了兩種模式的操作對象，並包裝了兩種渲染模型所需的適當信息。
XftDrawCreate
XftDraw *
XftDrawCreate (
Display *dpy,
Drawable drawable,
Visual *visual,
Colormap colormap)
此常式創建一個XftDraw對象，引用所涉及的可畫物以及相關的可視類型及顏色圖。即便使用指定了最終像素的像素圖（pixmap）進行渲染，也需要指定visual參數。
XftDrawCreateBitmap
XftDraw *
XftDrawCreateBitmap (
Display *dpy,
Pixmap bitmap)
如果渲染目標是1位的點陣圖，應使用此函數，而非XftDrawCreate。
XftDrawChange
void
XftDrawChange (
XftDraw *draw,
Drawable drawable)
此函數切換下層的渲染目標，但不會影響XftDraw對象的其他屬性。應用程序應負責保證新的可畫物與原來的可畫物有相同的可視類型。
XftDrawDisplay,XftDrawDrawable,
XftDrawColormap,XftDrawVisual
Display *
XftDrawDisplay (
XftDraw *draw)
Drawable
XftDrawDrawable (
XftDraw *draw)
Colormap
XftDrawColormap (
XftDraw *draw)
Visual *
XftDrawVisual (
XftDraw *draw)
這些函數簡單地從不透明地XftDraw結構中返回相關值。
XftDrawDestroy
void
XftDrawDestroy (
XftDraw *draw)
此函數將銷毀XftDraw對象及其分配的任何私有數據，但引用的X可畫物並不銷毀。
10.5 字形渲染
有了XftFont和XftDraw，下一步就是使用它們在屏幕上顯示文本。這相對簡單，因為只用Unicode編碼，唯一需要改變的是如何保存字形。在這一節中還給出了一些便利函數，讓應用程序能使用與其他操作類似的數據結構。
XftTextExtents
void
XftTextExtents<8,16,32,Utf8> (
Display *dpy,
XftFont *font,
XftChar<8,16,32,8> *string,
int len,
XGlyphInfo *extents)
這些函數測量指定字元串的顯示寬度，並在「extents」結構中返回。
XftDrawString
void
XftDrawString<8,16,32,Utf8> (
XftDraw *d,
XftColor *color,
XftFont *font,
int x,
int y,
XftChar<8,16,32,8> *string,
int len)
這些函數中的每一個顯示一個字元串。若用渲染擴展，使用Over操作繪製字元串；若用核心機制，使用GXcopy繪製並且作用於所有平面。（譯註：原文最後一句為it is painted with GXcopy and a full planemask，plane指特定可視類型下的顏色平面，planemask是GC的成員，按位標記平面，說明繪製操作影響哪些平面；with a full planemask意味著影響所有平面）
XftDrawRect
void
XftDrawRect (
XftDraw *d,
XftColor *color,
int x,
int y,
unsigned int width,
unsigned int height)
這個簡單的函數用指定的顏色畫一個矩形。
XftDrawSetClip
Bool
XftDrawSetClip (
XftDraw *d,
Region r)
通過指定區域來設置XftDraw的裁減區（clip）列表，以後可能會增加使用矩形列表來指定區域的等同函數。
10.6 字體列示
Xft提供一套相對複雜的機制來列示可用字體，此機制不僅可以列出可用的字體face，還可以在不返回無關數據的前提下列出某種特定face的可用風格。為達到這個目標，應用程序在提供用於字體匹配的模式外，還要說明字體模式中哪些欄位是重要的；對每種匹配的字體，都會根據應用程序提供的XftObjectList選中的欄位生成返回列表中的一項，由這些項構成的無重複集合將返回給應用程序。
列出字體是一個獨立於打開字體的基本過程，此過程中模式如何匹配字體的語義與10.3節中有所不同。在這種上下文中，匹配要求模式中每個元素必有值與相關字體元素精確匹配。
XftObjectSetCreate
XftObjectSet *
XftObjectSetCreate (
void)
創建一個空的XftObjectSet。
XftObjectSetAdd
Bool
XftObjectSetAdd (
XftObjectSet *os,
const char *object)
在XftObjectSet中添加一個欄位名。會分配新的存儲區，並從參數中複製欄位名，這樣就允許應用程序能釋放或重用其存儲空間。
XftObjectSetDestroy
void
XftObjectSetDestroy (
XftObjectSet *os)
The XftObjectSet is destroyed along with any other
referenced storage.
XftObjectSetBuild, XftObjectSetVaBuild
XftObjectSet *
XftObjectSetBuild (
const char *first,
...)
XftObjectSet *
XftObjectSetVaBuild (
const char *first,
va_list va)
XftObjectSetBuild通過NULL結束的對象名列表創建XftObjectSet，使用此函數能快速構建一個名字的常量集合而避免一長串函數調用，其語義效果等同於一系列調用。XftObjectSetVaBuild使用一個可變參數列表完成同樣的工作。
XftListFontsPatternObjects
XftFontSet *
XftListFontsPatternObjects (
Display *dpy,
int screen,
XftPattern *pattern,
XftObjectSet *os)
對匹配「pattern」的每種字體生成一個新的模式，其中僅包括「os」所指定的元素；此函數把得到的新模式合併后返回，以保證其中沒有重複的模式。
XftListFonts
XftFontSet *
XftListFonts (
Display *dpy,
int screen,
...)
可變參數包括一個NULL結束的模式元素列表，與10.2節中關於XftPatternBuild的描述一致，其後還有一個NULL結束的欄位名列表，與本節中關於XftObjectSetBuild的描述一致。根據參數生成模式和對象集合后，此函數調用XftListFontPatternObjects並直接返回調用結果。
10.7 訪問FreeType
在需要與底層的FreeType函數庫或渲染擴展需要更複雜交互的地方，Xft提供一些函數以便直接訪問。
XftFreeTypeGet
XftFontStruct *
XftFreeTypeGet (
XftFont *font)
此函數返回給定字體的底層XftFontStruct對象，當底層字體不是FreeType時返回NULL。
XftRenderString
void
XftRenderString<8,16,32,Utf8> (
Display *dpy,
Picture src,
XftFontStruct *font,
Picture dst,
int srcx, int srcy,
int x, int y,
XftChar<8,16,32,8> *string,
int len)
這四個相關函數都提供相對於使用渲染擴展畫文本更強的控制，它們提供一個任意源圖片（picture），用於填充文本。應用程序使用這些常式，還能更有效地緩衝源圖片。（譯註：Picture可能是FreeType引入的數據結構）
11 字體信息緩衝
如同7.1節所述，函數庫通過掃描配置文件中列出的目錄生成可用字體集合。要發現字體的特性需要使用FreeType打開字體文件，一大批文件需要處理，這可能會花費相當長的時間，尤其是字體很多的情況。
為提高此操作的性能，Xft在兩個地方緩存搜索結果。每個目錄下可能有一個名為XftCache的文件，其中每一行列出了字體文件名、字體在文件的索引以及用XftPattern字元串格式表示的字體信息。如果一種字體沒有在任何XftCache文件中發現其信息，Xft會在用戶主目錄下生成一個.xftcache文件，其中包含字體文件名、字體索引、文件修改時間和XftPattern。
XftCache文件由xftcache程序創建，該程序是Xfree86發布的一個標準部件。鼓勵用戶在要加入Xft配置文件的其他目錄下運行此程序，並且每當目錄內容改變時重新運行。Xft會自動管理每用戶的.xftcache文件內容，僅存放那些不在任何XftCache文件中的未知字體。
Xft仍然會在開始時掃描每個目錄，但是會在使用FreeType打開文件前先檢查每目錄和每用戶緩衝中是否有相應文件名，這能在保持查詢字體目錄方法得到的精確性前提下，極大地減少應用程序的啟動時間。
12 未來的研究方向
Xft始於把X渲染擴展和FreeType光柵化器結合在一起的簡單努力，為了支持更多的應用程序，加入了一些新的能力。這些新功能都是必須的，但其中的一些已經超出了以X為中心的函數庫。特別是字體配置機制，應該從Xft中提出來放入一個單獨的函數庫，以便列印驅動程序和其他非X的字體使用者能共享該機制。這樣能確保所有應用程序，而不僅是那些在屏幕上顯示信息的程序，都能受惠於字體更易安裝、管理。
Xft還需要支持國際化的額外能力。目前，XftFont對象引用單一FreeType字體，如果該字體沒有包括渲染特定文檔所需的全部字形，缺少的字形不會正確顯示。需要增加某種發現替換字形的機制，XftFont結構也應擴展以便使用多個底層FreeType字體face進行自動字形替換。
對於那些不希望自動替換的應用程序，可能應該基於所需的Unicode字形子集匹配字體。字體文件中有字形覆蓋範圍的信息，應用程序應該能指定所需的字形範圍，而Xft應該基於該指定進行字體匹配。
13 結論
Xft的開發模型與大多數X開發不同，函數庫早期在其他項目中發布和集成，其他X項目等到基本穩定了才提交給社區中進行詳細評判。
隨著對此函數庫的使用逐步增長，在沒有太多影響其他項目的情況下，一些主要的提高被加入。未來的增強可能需要改變現有應用程序，這應被視作發展過程的正常部分。此函數庫在很大程度上為Xfree86社區開闢了新天地，只有通過大範圍的使用和評判，才能開發出適當的體系結構。
Xft的設計與實現進展很快，雖然僅在一年前啟動，Xft已經成為許多現在的X項目的基本組成部分。（譯註：原文發表於2001年11月在Oakland, California, USA舉行的Proceedings of the XFree86 Technical Conference）
參考文獻
[Pac01] Keith Packard. Design and Implementation of the X Rendering Extension. In FREENIX Track, 2001 Usenix Annual Technical Conference, Boston, MA, June 2001. USENIX.
[SG92] Robert W. Scheifler and James Gettys. X Window System. Digital Press, third edition, 1992.
[TT00] David Turner and The FreeType Development Team. The design of FreeType 2, 2000. http://www.freetype.org/freetype2/docs/design/.
