Linux 命令行

熟悉 Linux 的同学可能知道，在 Linux 环境下，命令行是用户界面中的“一等公民”。

我们可以通过各种类型的终端来操作命令行：桌面环境提供方便的“终端模拟器”让我们在图形界面中使用终端；某些发行版也提供 ctrl+shift+数字切换的 tty 终端；安装了 ssh server 的机器可以通过远程连接上一个终端；某些嵌入式 Linux 系统提供串口终端；而screen/tmux等工具提供了可以随时切换和保留状态的终端。

Linux 系统并不关心我们使用的终端类型。在它看来，不同的终端就是一条双向字节流通道。用户通过敲击键盘，通过终端向通道发送信息；而命令执行的结果也通过通道返回终端，并由终端展示给用户。

深究起来，这一块可以展开很深：例如字节流被系统抽象为了字符设备 /dev/tty* 和 /dev/pts；标准输入输出流 stdin stdout 和 stderr 最终也是定向到了此处；对于输入输出系统内部还存在 Line Discipline 等。如此种种暂且按下不表。

终端转义序列

前面说到：终端负责读取用户的输入，并向用户展示命令运行的结果。除了将可显示的字符在对应的位置（行、列）上显示外，终端还支持很多高级功能，例如：输出不同颜色的字体、更改光标位置以在任意位置输出文本等等。正是这些高级功能使得 vim、gdb 这样具有命令行用户界面的程序的编写成为可能。

控制终端行为的字符序列名为转义序列，是由字符 \033（ASCII ESC）开头的序列。转义序列控制终端行为有国际标准 ANSI X3.64 或 ISO/IEC 6429。符合这个标准的终端，可以称之为 ANSI 终端。现代终端支持的转义序列扩展更多，例如 xterm 标准，支持了彩色字体。

可以在自己的终端尝试输出转义序列。例如，清屏序列的十六进制表示是：

0x1b 0x5b 0x32 0x4a

在命令行中输入：

printf '\x1b\x5b\x32\x4a'
printf '\033[2J' # alternative

就可以发现命令行清屏了。

终端状态机

终端不仅要处理系统发来的转义序列，还要处理终端自身的状态。终端的状态包括：

• 终端各个行列存在什么字符，各个字符的属性（颜色、粗细、下划线等）是什么

• 终端的光标在哪个位置

• 终端之前收到的不完整转义序列是什么

• ...

在收到常规字符或转义序列后，终端需要根据收到的信息和当前状态，变为新的状态。例如：

收到的	状态变化
常规字符	光标所在位置字符变为收到的字符，光标位置前进一个字符
转义序列（清屏）	清空所有位置的字符
转义序列（加粗）	设置内部状态，等收到常规字符后给对应位置设置加粗属性
...	...

终端需要维护的所有状态，统称终端状态机。

Libtmt 有啥用？

libtmt 和它的大哥 libtsm 一样，都是处理终端转义序列，并维护终端状态机的库。需要注意的是，libtmt/libtsm 等库并不负责如何具体向用户显示终端内容，而只是根据收到的字节流（字符、转义序列），维护终端状态机，仅此而已。用户界面可以通过读取 libtmt 的状态来实时更新最新的终端内容，让用户看见。

上面已经提到，终端的类型有很多种。笔者想实现的终端是物理终端。通过两根串口线，笔者的物理终端和 Linux 主机进行通信。而 libtmt 通过读取串口更新终端内部状态，而一个RGB888 屏幕实时地读取 libtmt 的状态，将终端展示给用户。