Python Curses 编程实战：打造炫酷文本界面应用

Python Curses 编程实战：打造炫酷文本界面应用

本文是 Python 的 curses 模块编程教程。curses 库为文本终端提供屏幕绘制和键盘处理功能，能开发出基于文本的交互式应用。本教程将深入介绍 Python 的 curses 模块，从基础概念、初始化与结束应用，到窗口、面板、文字显示、属性颜色设置、用户输入处理等，结合丰富示例与清晰图表，助力读者掌握用 curses 打造功能丰富的文本模式程序的技能。同时通过一个文件管理器项目案例，展示 curses 在实际开发中的应用。

一、curses 是什么？

curses 库为基于文本的终端（如 VT100、Linux 控制台等）提供独立于终端的屏幕绘制和键盘处理功能。不同终端控制代码差异大，curses 库对程序员屏蔽了这些差异，提供了包含多个非重叠文本窗口显示的抽象。虽然图形显示广泛应用，但在小型或嵌入式 Unix（不运行 X server）以及一些操作系统安装程序、内核配置程序等场景，基于文本的终端应用仍有价值。curses 库最初为 BSD Unix 编写，后经 AT&T 的 Unix System V 版本增强，如今 BSD curses 被 ncurses 取代。Python 的 Windows 版不含 curses 模块，可用 UniCurses 替代。

二、Python 的 curses 模块

Python 的 curses 模块是对 curses 提供的 C 函数的简单包装。与 C 语言的 curses 编程相比，Python 接口将多个类似的 C 函数（如addstr()、mvaddstr()和mvwaddstr() ）合并为一个addstr()方法，使用更简便。本教程是 curses 和 Python 编程的概述，如需完整 API 指南，可参考 ncurses 的 Python 库指南章节和 ncurses 的 C 手册页。

三、开始和结束 curses 应用程序

（一）初始化 curses

在使用 curses 前，需调用initscr()函数进行初始化，它会确定终端类型、发送设置代码并创建内部数据结构。成功执行后返回代表整个屏幕的窗口对象stdscr。例如：

import curses
stdscr = curses.initscr()

（二）配置终端设置

1. 关闭按键自动上屏：调用noecho()函数，使程序读取按键但不在屏幕上显示，常用于需要精确控制输入显示的场景。

curses.noecho()

1. 开启 cbreak 模式：使用cbreak()函数开启 “cbreak” 模式，让程序立即响应按键，无需等待回车键，提升交互实时性。

curses.cbreak()

1. 启用 keypad 模式：调用stdscr.keypad(True)，使 curses 能处理特殊按键（如光标键、导航键），返回特殊值（如curses.KEY_LEFT） ，方便程序识别处理。

stdscr.keypad(True)

（三）结束 curses 应用程序

程序结束时，需还原终端设置，依次调用nocbreak()、stdscr.keypad(False)、echo()和endwin()函数 。例如：

curses.nocbreak()
stdscr.keypad(False)
curses.echo()
curses.endwin()

（四）使用 curses.wrapper ()

为避免程序异常退出导致终端混乱，可使用curses.wrapper()函数。它接受一个可调用对象，自动完成初始化（包括颜色初始化） ，运行传入的可调用对象，并在结束时恢复终端初始状态，还能捕获异常防止终端异常。示例如下：

from curses import wrapper
def main(stdscr):
    # 清空屏幕
    stdscr.clear()
    # 当 i == 10 时这将引发 ZeroDivisionError。
    for i in range(0, 11):
        v = i - 10
        stdscr.addstr(i, 0, '10 divided by {} is {}'.format(v, 10/v))
        stdscr.refresh()
        stdscr.getkey()
wrapper(main)

四、窗口和面板

（一）窗口操作

1. 创建窗口：使用newwin()函数可创建新窗口，需指定窗口的高度、宽度、起始 y 坐标和起始 x 坐标。例如：

begin_x = 20; begin_y = 7
height = 5; width = 40
win = curses.newwin(height, width, begin_y, begin_x)

curses 的坐标系统以(y, x)顺序传递，左上角为(0, 0) ，屏幕尺寸可通过curses.LINES和curses.COLS获取，有效坐标范围是(0, 0)到(curses.LINES - 1, curses.COLS - 1)。

2. 更新屏幕：对窗口的操作（如显示、擦除文本）不会立即显示，需调用窗口对象的refresh()方法更新屏幕。这是因为 curses 最初针对低速终端设计，会累积屏幕修改以高效显示。实际编程中，在等待用户输入前调用refresh()方法确保屏幕更新。

（二）面板操作

面板是特殊窗口，可大于实际显示屏幕，仅显示部分内容。创建面板用newpad()函数 ，如：

pad = curses.newpad(100, 100)
# 用字母填充面板
for y in range(0, 99):
    for x in range(0, 99):
        pad.addch(y, x, ord('a')+(x*x + y*y)%26)
# 在屏幕中央显示面板的某个区域
pad.refresh(0, 0, 5, 5, 20, 75)

refresh()方法的参数分别为面板显示区域的左上角坐标、屏幕填充区域的左上角坐标和右下角坐标。面板与普通窗口类似，支持相同方法 。多个窗口和面板更新时，可先调用各窗口的noutrefresh()方法更新底层数据结构，再调用doupdate()方法更新屏幕，减少闪烁。

五、显示文字

Python 的 curses 模块中，stdscr和其他窗口对象的addstr()方法用于显示文字，有多种参数形式：

参数形式	描述	示例
str 或 ch	在当前位置显示字符串str或字符ch	stdscr.addstr("Hello")
str 或 ch, attr	在当前位置使用attr属性显示字符串str或字符ch	stdscr.addstr("World", curses.A_BOLD)
y, x, str 或 ch	移动到窗口内的(y, x)位置，并显示str或ch	stdscr.addstr(1, 2, "!")
y, x, str 或 ch, attr	移至窗口内的(y, x)位置，并使用attr属性显示str或ch	stdscr.addstr(3, 4, "End", curses.A_UNDERLINE)

addch()方法用于显示单个字符，可接受长度为 1 的字符串、字节串或整数 。对于特殊扩展字符，可用大于 255 的常量（如ACS_PLMINUS 、ACS_ULCORNER ）或 Unicode 字符表示。窗口会记住光标位置，可使用move(y, x)方法移动光标，也可调用curs_set(False)或leaveok(True)隐藏光标。

六、属性和颜色

（一）属性设置

curses 通过属性值控制文本显示样式，属性值是整数，不同二进制位代表不同属性 。常见有效属性如下：

属性	描述	示例
A_BLINK	闪烁文本	stdscr.addstr("Blinking text", curses.A_BLINK)
A_BOLD	超亮或粗体文本	stdscr.addstr("Bold text", curses.A_BOLD)
A_DIM	半明亮文本	stdscr.addstr("Dim text", curses.A_DIM)
A_REVERSE	反相显示文本	stdscr.addstr("Reverse text", curses.A_REVERSE)
A_STANDOUT	可用的最佳突出显示模式	stdscr.addstr("Standout text", curses.A_STANDOUT)
A_UNDERLINE	带下划线的文本	stdscr.addstr("Underline text", curses.A_UNDERLINE)

（二）颜色设置

1. 初始化颜色：使用颜色前，调用start_color()函数初始化默认颜色集（curses.wrapper()会自动完成） ，之后可用has_colors()函数检查终端是否支持颜色显示。

if curses.has_colors():
    # 支持颜色，进行后续操作
    pass

1. 颜色对使用：curses 库维护有限数量的颜色对（前景色和背景色组合） ，用color_pair()函数获取颜色对对应的属性值，可与其他属性按位或运算。如：

stdscr.addstr("Colored text", curses.color_pair(1) | curses.A_BOLD)

1. 定义颜色对：使用init_pair(n, f, b)函数定义颜色对n的前景色f和背景色b，颜色对 0 为黑底白字且不可改变。颜色编号从 0 开始，8 种基本颜色有对应常量（如curses.COLOR_BLACK 、curses.COLOR_RED等） 。例如，将颜色对 1 设置为红色文本白色背景：

curses.init_pair(1, curses.COLOR_RED, curses.COLOR_WHITE)

1. 高级颜色功能：部分高端终端支持修改实际颜色定义为 RGB 值，可调用can_change_color()函数检查终端是否支持此功能，支持则可查阅系统帮助页面了解详情。

七、用户输入

（一）基本输入方法

1. getch()方法：getch()用于获取用户按键，会刷新屏幕并等待用户输入（若之前调用过echo() ，还会显示所按键） ，也可指定坐标让光标移动到该位置后等待输入。返回值为整数，0 - 255 代表 ASCII 码，大于 255 代表特殊键（如curses.KEY_PPAGE 、curses.KEY_HOME ） 。

c = stdscr.getch()
if c == ord('p'):
    # 执行打印文档操作
    pass
elif c == curses.KEY_HOME:
    # 处理Home键操作
    pass

1. getkey()方法：getkey()功能与getch()类似，但会将返回的整数转换为字符串，普通字符返回长度为 1 的字符串，特殊键返回包含键名的字符串（如KEY_UP 、^G ） 。

key = stdscr.getkey()
if key == 'KEY_UP':
    # 处理向上箭头键操作
    pass

（二）非阻塞输入

使用nodelay()窗口方法可实现非阻塞输入。设置nodelay(True)后，getch()和getkey()将变为非阻塞，输入未就绪时，getch()返回curses.ERR （值为 -1） ，getkey()引发异常。halfdelay()函数可设置getch()的等待时间（以十分之一秒为单位） ，超时则引发异常。

stdscr.nodelay(True)
c = stdscr.getch()
if c == curses.ERR:
    # 处理无输入情况
    pass

（三）获取字符串输入

1. getstr()方法：getstr()用于获取用户输入的字符串，功能有限，仅支持 Backspace 和 Enter 键进行编辑，也可限制输入字符数量。

curses.echo()
s = stdscr.getstr(0, 0, 15) # 在(0, 0)位置获取最多15个字符的字符串

1. curses.textpad.Textbox类：curses.textpad模块的Textbox类提供更丰富的文本输入功能，支持类似 Emacs 的键绑定集和输入验证。示例如下：

import curses
from curses.textpad import Textbox, rectangle
 
def main(stdscr):
    stdscr.addstr(0, 0, "Enter IM message: (hit Ctrl-G to send)")
    editwin = curses.newwin(5, 30, 2, 1)
    rectangle(stdscr, 1, 0, 1 + 5 + 1, 1 + 30 + 1)
    stdscr.refresh()
    box = Textbox(editwin)
    # 让用户编辑直到按下Ctrl-G
    box.edit()
    # 获取结果内容
    message = box.gather()

八、项目实际应用案例：文本模式文件管理器

下面通过一个简单的文本模式文件管理器案例，展示 curses 模块在实际项目中的应用。这个文件管理器可以列出当前目录下的文件和文件夹，允许用户通过键盘选择文件或文件夹，并进行一些基本操作，如进入文件夹、返回上一级目录、查看文件内容等。

import curses
import os
 
 
def file_manager(stdscr):
    curses.curs_set(0)  # 隐藏光标
    current_path = os.getcwd()
    while True:
        stdscr.clear()
        stdscr.addstr(0, 0, f"当前目录: {current_path}")
 
        files = os.listdir(current_path)
        selected_index = 0
 
        for i, file in enumerate(files):
            if i == selected_index:
                stdscr.addstr(i + 2, 0, file, curses.A_REVERSE)
            else:
                stdscr.addstr(i + 2, 0, file)
 
        stdscr.refresh()
        key = stdscr.getch()
 
        if key == curses.KEY_UP and selected_index > 0:
            selected_index -= 1
        elif key == curses.KEY_DOWN and selected_index < len(files) - 1:
            selected_index += 1
        elif key == ord('\n'):  # 回车键
            selected_file = os.path.join(current_path, files[selected_index])
            if os.path.isdir(selected_file):
                current_path = selected_file
            elif os.path.isfile(selected_file):
                try:
                    with open(selected_file, 'r') as f:
                        content = f.read()
                        stdscr.clear()
                        stdscr.addstr(0, 0, f"文件内容: {selected_file}\n\n")
                        stdscr.addstr(content)
                        stdscr.refresh()
                        stdscr.getch()
                except Exception as e:
                    stdscr.addstr(0, 0, f"无法打开文件: {e}")
                    stdscr.refresh()
                    stdscr.getch()
        elif key == ord('q'):  # 按q键退出
            break
        elif key == curses.KEY_BACKSPACE or key == ord('..'):  # 返回上一级目录
            if current_path != os.path.expanduser("~"):
                current_path = os.path.dirname(current_path)
 
 
if __name__ == "__main__":
    curses.wrapper(file_manager)

在这个案例中：

1. 首先使用curses.wrapper()函数来初始化和管理 curses 环境，确保程序异常退出时能正确恢复终端设置。
2. file_manager函数中，通过os.listdir()获取当前目录下的文件和文件夹列表，并在屏幕上显示。使用curses.A_REVERSE属性突出显示当前选中的文件或文件夹。
3. 利用getch()获取用户按键，根据不同的按键（如上下箭头键、回车键、q键、退格键等）执行相应操作，如切换选中项、进入文件夹、查看文件内容、退出程序、返回上一级目录等。
4. 对于文件查看功能，尝试打开文件并读取内容显示在屏幕上，若出现错误则显示错误信息。

通过这个案例，可以看到 curses 模块如何实现一个简单但功能实用的文本模式应用程序，展示了其在构建基于终端的交互应用方面的能力。

总结

本文全面介绍了 Python 的 curses 模块编程，涵盖 curses 库基础概念、Python 的 curses 模块使用、应用程序的初始化与结束、窗口和面板操作、文字显示、属性和颜色设置、用户输入处理以及一个文件管理器的实际项目案例。通过学习这些知识，读者能够利用 curses 模块开发出功能丰富、交互性强的文本模式应用程序。在实际应用中，可根据具体需求灵活运用这些技能，进一步探索 curses 模块的更多高级功能。

TAG: Python；curses 模块；文本模式编程；终端应用开发；窗口操作；用户输入处理；文件管理器

相关学习资源

1. Python 官方文档：curses 模块文档，提供了 curses 模块的详细 API 说明。
2. ncurses 官方文档：可查阅 ncurses 的相关手册页和指南，深入了解 curses 库的底层实现和更多功能细节。
3. UniCurses 官方文档：如果在 Windows 系统上使用 UniCurses 替代 curses 模块，可参考其官方文档了解使用方法。