]> git.sur5r.net Git - i3/i3.github.io/blob - _docs/hacking-howto
update docs for 4.14
[i3/i3.github.io] / _docs / hacking-howto
1 Hacking i3: How To
2 ==================
3 Michael Stapelberg <michael@i3wm.org>
4 February 2013
5
6 This document is intended to be the first thing you read before looking and/or
7 touching i3’s source code. It should contain all important information to help
8 you understand why things are like they are. If it does not mention something
9 you find necessary, please do not hesitate to contact me.
10
11 == Window Managers
12
13 A window manager is not necessarily needed to run X, but it is usually used in
14 combination with X to facilitate some things. The window manager's job is to
15 take care of the placement of windows, to provide the user with some mechanisms
16 to change the position/size of windows and to communicate with clients to a
17 certain extent (for example handle fullscreen requests of clients such as
18 MPlayer).
19
20 There are no different contexts in which X11 clients run, so a window manager
21 is just another client, like all other X11 applications. However, it handles
22 some events which normal clients usually don’t handle.
23
24 In the case of i3, the tasks (and order of them) are the following:
25
26 . Grab the key bindings (events will be sent upon keypress/keyrelease)
27 . Iterate through all existing windows (if the window manager is not started as
28   the first client of X) and manage them (reparent them, create window
29   decorations, etc.)
30 . When new windows are created, manage them
31 . Handle the client’s `_WM_STATE` property, but only `_WM_STATE_FULLSCREEN` and
32   `_NET_WM_STATE_DEMANDS_ATTENTION`
33 . Handle the client’s `WM_NAME` property
34 . Handle the client’s size hints to display them proportionally
35 . Handle the client’s urgency hint
36 . Handle enter notifications (focus follows mouse)
37 . Handle button (as in mouse buttons) presses for focus/raise on click
38 . Handle expose events to re-draw own windows such as decorations
39 . React to the user’s commands: Change focus, Move windows, Switch workspaces,
40   Change the layout mode of a container (default/stacking/tabbed), start a new
41   application, restart the window manager
42
43 In the following chapters, each of these tasks and their implementation details
44 will be discussed.
45
46 === Tiling window managers
47
48 Traditionally, there are two approaches to managing windows: The most common
49 one nowadays is floating, which means the user can freely move/resize the
50 windows. The other approach is called tiling, which means that your window
51 manager distributes windows to use as much space as possible while not
52 overlapping each other.
53
54 The idea behind tiling is that you should not need to waste your time
55 moving/resizing windows while you usually want to get some work done. After
56 all, most users sooner or later tend to lay out their windows in a way which
57 corresponds to tiling or stacking mode in i3. Therefore, why not let i3 do this
58 for you? Certainly, it’s faster than you could ever do it.
59
60 The problem with most tiling window managers is that they are too inflexible.
61 In my opinion, a window manager is just another tool, and similar to vim which
62 can edit all kinds of text files (like source code, HTML, …) and is not limited
63 to a specific file type, a window manager should not limit itself to a certain
64 layout (like dwm, awesome, …) but provide mechanisms for you to easily create
65 the layout you need at the moment.
66
67 === The layout tree
68
69 The data structure which i3 uses to keep track of your windows is a tree. Every
70 node in the tree is a container (type +Con+). Some containers represent actual
71 windows (every container with a +window != NULL+), some represent split
72 containers and a few have special purposes: they represent workspaces, outputs
73 (like VGA1, LVDS1, …) or the X11 root window.
74
75 So, when you open a terminal and immediately open another one, they reside in
76 the same split container, which uses the default layout. In case of an empty
77 workspace, the split container we are talking about is the workspace.
78
79 To get an impression of how different layouts are represented, just play around
80 and look at the data structures -- they are exposed as a JSON hash. See
81 http://i3wm.org/docs/ipc.html#_tree_reply for documentation on that and an
82 example.
83
84 == Files
85
86 include/atoms.xmacro::
87 A file containing all X11 atoms which i3 uses. This file will be included
88 various times (for defining, requesting and receiving the atoms), each time
89 with a different definition of xmacro().
90
91 include/data.h::
92 Contains data definitions used by nearly all files. You really need to read
93 this first.
94
95 include/*.h::
96 Contains forward definitions for all public functions, as well as
97 doxygen-compatible comments (so if you want to get a bit more of the big
98 picture, either browse all header files or use doxygen if you prefer that).
99
100 src/config_parser.c::
101 Contains a custom configuration parser. See src/command_parser.c for rationale
102  on why we use a custom parser.
103
104 src/click.c::
105 Contains all functions which handle mouse button clicks (right mouse button
106 clicks initiate resizing and thus are relatively complex).
107
108 src/command_parser.c::
109 Contains a hand-written parser to parse commands (commands are what
110 you bind on keys and what you can send to i3 using the IPC interface, like
111 'move left' or 'workspace 4').
112
113 src/con.c::
114 Contains all functions which deal with containers directly (creating
115 containers, searching containers, getting specific properties from containers,
116 …).
117
118 src/config.c::
119 Contains all functions handling the configuration file (calling the parser
120 src/config_parser.c) with the correct path, switching key bindings mode).
121
122 src/ewmh.c::
123 Functions to get/set certain EWMH properties easily.
124
125 src/floating.c::
126 Contains functions for floating mode (mostly resizing/dragging).
127
128 src/handlers.c::
129 Contains all handlers for all kinds of X events (new window title, new hints,
130 unmapping, key presses, button presses, …).
131
132 src/ipc.c::
133 Contains code for the IPC interface.
134
135 src/load_layout.c::
136 Contains code for loading layouts from JSON files.
137
138 src/log.c::
139 Contains the logging functions.
140
141 src/main.c::
142 Initializes the window manager.
143
144 src/manage.c::
145 Looks at existing or new windows and decides whether to manage them. If so, it
146 reparents the window and inserts it into our data structures.
147
148 src/match.c::
149 A "match" is a data structure which acts like a mask or expression to match
150 certain windows or not. For example, when using commands, you can specify a
151 command like this: [title="*Firefox*"] kill. The title member of the match
152 data structure will then be filled and i3 will check each window using
153 match_matches_window() to find the windows affected by this command.
154
155 src/move.c::
156 Contains code to move a container in a specific direction.
157
158 src/output.c::
159 Functions to handle CT_OUTPUT cons.
160
161 src/randr.c::
162 The RandR API is used to get (and re-query) the configured outputs (monitors,
163 …).
164
165 src/render.c::
166 Renders the tree data structure by assigning coordinates to every node. These
167 values will later be pushed to X11 in +src/x.c+.
168
169 src/resize.c::
170 Contains the functions to resize containers.
171
172 src/restore_layout.c::
173 Everything for restored containers that is not pure state parsing (which can be
174 found in load_layout.c).
175
176 src/sighandler.c::
177 Handles +SIGSEGV+, +SIGABRT+ and +SIGFPE+ by showing a dialog that i3 crashed.
178 You can chose to let it dump core, to restart it in-place or to restart it
179 in-place but forget about the layout.
180
181 src/tree.c::
182 Contains functions which open or close containers in the tree, change focus or
183 cleanup ("flatten") the tree. See also +src/move.c+ for another similar
184 function, which was moved into its own file because it is so long.
185
186 src/util.c::
187 Contains useful functions which are not really dependent on anything.
188
189 src/window.c::
190 Handlers to update X11 window properties like +WM_CLASS+, +_NET_WM_NAME+,
191 +CLIENT_LEADER+, etc.
192
193 src/workspace.c::
194 Contains all functions related to workspaces (displaying, hiding, renaming…)
195
196 src/x.c::
197 Transfers our in-memory tree (see +src/render.c+) to X11.
198
199 src/xcb.c::
200 Contains wrappers to use xcb more easily.
201
202 src/xcursor.c::
203 XCursor functions (for cursor themes).
204
205 src/xinerama.c::
206 Legacy support for Xinerama. See +src/randr.c+ for the preferred API.
207
208 == Data structures
209
210
211 See include/data.h for documented data structures. The most important ones are
212 explained right here.
213
214 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
215 // TODO: update image
216
217 image:bigpicture.png[The Big Picture]
218
219 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
220
221 So, the hierarchy is:
222
223 . *X11 root window*, the root container
224 . *Output container* (LVDS1 in this example)
225 . *Content container* (there are also containers for dock windows)
226 . *Workspaces* (Workspace 1 in this example, with horizontal orientation)
227 . *Split container* (vertically split)
228 . *X11 window containers*
229
230 The data type is +Con+, in all cases.
231
232 === X11 root window
233
234 The X11 root window is a single window per X11 display (a display is identified
235 by +:0+ or +:1+ etc.). The root window is what you draw your background image
236 on. It spans all the available outputs, e.g. +VGA1+ is a specific part of the
237 root window and +LVDS1+ is a specific part of the root window.
238
239 === Output container
240
241 Every active output obtained through RandR is represented by one output
242 container. Outputs are considered active when a mode is configured (meaning
243 something is actually displayed on the output) and the output is not a clone.
244
245 For example, if your notebook has a screen resolution of 1280x800 px and you
246 connect a video projector with a resolution of 1024x768 px, set it up in clone
247 mode (+xrandr \--output VGA1 \--mode 1024x768 \--same-as LVDS1+), i3 will
248 reduce the resolution to the lowest common resolution and disable one of the
249 cloned outputs afterwards.
250
251 However, if you configure it using +xrandr \--output VGA1 \--mode 1024x768
252 \--right-of LVDS1+, i3 will set both outputs active. For each output, a new
253 workspace will be assigned. New workspaces are created on the output you are
254 currently on.
255
256 === Content container
257
258 Each output has multiple children. Two of them are dock containers which hold
259 dock clients. The other one is the content container, which holds the actual
260 content (workspaces) of this output.
261
262 === Workspace
263
264 A workspace is identified by its name. Basically, you could think of
265 workspaces as different desks in your office, if you like the desktop
266 metaphor. They just contain different sets of windows and are completely
267 separate of each other. Other window managers also call this ``Virtual
268 desktops''.
269
270 === Split container
271
272 A split container is a container which holds an arbitrary amount of split
273 containers or X11 window containers. It has an orientation (horizontal or
274 vertical) and a layout.
275
276 Split containers (and X11 window containers, which are a subtype of split
277 containers) can have different border styles.
278
279 === X11 window container
280
281 An X11 window container holds exactly one X11 window. These are the leaf nodes
282 of the layout tree, they cannot have any children.
283
284 == List/queue macros
285
286 i3 makes heavy use of the list macros defined in BSD operating systems. To
287 ensure that the operating system on which i3 is compiled has all the expected
288 features, i3 comes with `include/queue.h`. On BSD systems, you can use man
289 `queue(3)`. On Linux, you have to use google (or read the source).
290
291 The lists used are +SLIST+ (single linked lists), +CIRCLEQ+ (circular
292 queues) and +TAILQ+ (tail queues). Usually, only forward traversal is necessary,
293 so an `SLIST` works fine. If inserting elements at arbitrary positions or at
294 the end of a list is necessary, a +TAILQ+ is used instead. However, for the
295 windows inside a container, a +CIRCLEQ+ is necessary to go from the currently
296 selected window to the window above/below.
297
298 == Naming conventions
299
300 There is a row of standard variables used in many events. The following names
301 should be chosen for those:
302
303  * ``conn'' is the xcb_connection_t
304  * ``event'' is the event of the particular type
305  * ``con'' names a container
306  * ``current'' is a loop variable when using +TAILQ_FOREACH+ etc.
307
308 == Startup (src/mainx.c, main())
309
310  * Establish the xcb connection
311  * Check for XKB extension on the separate X connection, load Xcursor
312  * Check for RandR screens (with a fall-back to Xinerama)
313  * Grab the keycodes for which bindings exist
314  * Manage all existing windows
315  * Enter the event loop
316
317 == Keybindings
318
319 === Grabbing the bindings
320
321 Grabbing the bindings is quite straight-forward. You pass X your combination of
322 modifiers and the keycode you want to grab and whether you want to grab them
323 actively or passively. Most bindings (everything except for bindings using
324 Mode_switch) are grabbed passively, that is, just the window manager gets the
325 event and cannot replay it.
326
327 We need to grab bindings that use Mode_switch actively because of a bug in X.
328 When the window manager receives the keypress/keyrelease event for an actively
329 grabbed keycode, it has to decide what to do with this event: It can either
330 replay it so that other applications get it or it can prevent other
331 applications from receiving it.
332
333 So, why do we need to grab keycodes actively? Because X does not set the
334 state-property of keypress/keyrelease events properly. The Mode_switch bit is
335 not set and we need to get it using XkbGetState. This means we cannot pass X
336 our combination of modifiers containing Mode_switch when grabbing the key and
337 therefore need to grab the keycode itself without any modifiers. This means,
338 if you bind Mode_switch + keycode 38 ("a"), i3 will grab keycode 38 ("a") and
339 check on each press of "a" if the Mode_switch bit is set using XKB. If yes, it
340 will handle the event, if not, it will replay the event.
341
342 === Handling a keypress
343
344 As mentioned in "Grabbing the bindings", upon a keypress event, i3 first gets
345 the correct state.
346
347 Then, it looks through all bindings and gets the one which matches the received
348 event.
349
350 The bound command is parsed by the cmdparse lexer/parser, see +parse_cmd+ in
351 +src/cmdparse.y+.
352
353 == Manage windows (src/main.c, manage_window() and reparent_window())
354
355 `manage_window()` does some checks to decide whether the window should be
356 managed at all:
357
358  * Windows have to be mapped, that is, visible on screen
359  * The override_redirect must not be set. Windows with override_redirect shall
360    not be managed by a window manager
361
362 Afterwards, i3 gets the initial geometry and reparents the window (see
363 `reparent_window()`) if it wasn’t already managed.
364
365 Reparenting means that for each window which is reparented, a new window,
366 slightly larger than the original one, is created. The original window is then
367 reparented to the bigger one (called "frame").
368
369 After reparenting, the window type (`_NET_WM_WINDOW_TYPE`) is checked to see
370 whether this window is a dock (`_NET_WM_WINDOW_TYPE_DOCK`), like dzen2 for
371 example. Docks are handled differently, they don’t have decorations and are not
372 assigned to a specific container. Instead, they are positioned at the bottom
373 or top of the screen (in the appropriate dock area containers). To get the
374 height which needs to be reserved for the window, the `_NET_WM_STRUT_PARTIAL`
375 property is used.
376
377 Furthermore, the list of assignments (to other workspaces, which may be on
378 other screens) is checked. If the window matches one of the user’s criteria,
379 it may either be put in floating mode or moved to a different workspace. If the
380 target workspace is not visible, the window will not be mapped.
381
382 == What happens when an application is started?
383
384 i3 does not care about applications. All it notices is when new windows are
385 mapped (see `src/handlers.c`, `handle_map_request()`). The window is then
386 reparented (see section "Manage windows").
387
388 After reparenting the window, `render_tree()` is called which renders the
389 internal layout table. The new window has been placed in the currently focused
390 container and therefore the new window and the old windows (if any) need to be
391 moved/resized so that the currently active layout (default/stacking/tabbed mode)
392 is rendered correctly. To move/resize windows, a window is ``configured'' in
393 X11-speak.
394
395 Some applications, such as MPlayer obviously assume the window manager is
396 stupid and try to configure their windows by themselves. This generates an
397 event called configurerequest. i3 handles these events and tells the window the
398 size it had before the configurerequest (with the exception of not yet mapped
399 windows, which get configured like they want to, and floating windows, which
400 can reconfigure themselves).
401
402 == _NET_WM_STATE
403
404 Only the _NET_WM_STATE_FULLSCREEN and _NET_WM_STATE_DEMANDS_ATTENTION atoms
405 are handled.
406
407 The former calls ``toggle_fullscreen()'' for the specific client which just
408 configures the client to use the whole screen on which it currently is.
409 Also, it is set as fullscreen_client for the i3Screen.
410
411 The latter is used to set, read and display urgency hints.
412
413 == WM_NAME
414
415 When the WM_NAME property of a window changes, its decoration (containing the
416 title) is re-rendered. Note that WM_NAME is in COMPOUND_TEXT encoding which is
417 totally uncommon and cumbersome. Therefore, the _NET_WM_NAME atom will be used
418 if present.
419
420 == _NET_WM_NAME
421
422 Like WM_NAME, this atom contains the title of a window. However, _NET_WM_NAME
423 is encoded in UTF-8. i3 will recode it to UCS-2 in order to be able to pass it
424 to X. Using an appropriate font (ISO-10646), you can see most special
425 characters (every special character contained in your font).
426
427 == Size hints
428
429 Size hints specify the minimum/maximum size for a given window as well as its
430 aspect ratio.  This is important for clients like mplayer, who only set the
431 aspect ratio and resize their window to be as small as possible (but only with
432 some video outputs, for example in Xv, while when using x11, mplayer does the
433 necessary centering for itself).
434
435 So, when an aspect ratio was specified, i3 adjusts the height of the window
436 until the size maintains the correct aspect ratio. For the code to do this, see
437 src/layout.c, function resize_client().
438
439 == Rendering (src/layout.c, render_layout() and render_container())
440
441 Rendering in i3 version 4 is the step which assigns the correct sizes for
442 borders, decoration windows, child windows and the stacking order of all
443 windows. In a separate step (+x_push_changes()+), these changes are pushed to
444 X11.
445
446 Keep in mind that all these properties (+rect+, +window_rect+ and +deco_rect+)
447 are temporary, meaning they will be overwritten by calling +render_con+.
448 Persistent position/size information is kept in +geometry+.
449
450 The entry point for every rendering operation (except for the case of moving
451 floating windows around) currently is +tree_render()+ which will re-render
452 everything that’s necessary (for every output, only the currently displayed
453 workspace is rendered). This behavior is expected to change in the future,
454 since for a lot of updates, re-rendering everything is not actually necessary.
455 Focus was on getting it working correct, not getting it work very fast.
456
457 What +tree_render()+ actually does is calling +render_con()+ on the root
458 container and then pushing the changes to X11. The following sections talk
459 about the different rendering steps, in the order of "top of the tree" (root
460 container) to the bottom.
461
462 === Rendering the root container
463
464 The i3 root container (`con->type == CT_ROOT`) represents the X11 root window.
465 It contains one child container for every output (like LVDS1, VGA1, …), which
466 is available on your computer.
467
468 Rendering the root will first render all tiling windows and then all floating
469 windows. This is necessary because a floating window can be positioned in such
470 a way that it is visible on two different outputs. Therefore, by first
471 rendering all the tiling windows (of all outputs), we make sure that floating
472 windows can never be obscured by tiling windows.
473
474 Essentially, though, this code path will just call +render_con()+ for every
475 output and +x_raise_con(); render_con()+ for every floating window.
476
477 In the special case of having a "global fullscreen" window (fullscreen mode
478 spanning all outputs), a shortcut is taken and +x_raise_con(); render_con()+ is
479 only called for the global fullscreen window.
480
481 === Rendering an output
482
483 Output containers (`con->layout == L_OUTPUT`) represent a hardware output like
484 LVDS1, VGA1, etc. An output container has three children (at the moment): One
485 content container (having workspaces as children) and the top/bottom dock area
486 containers.
487
488 The rendering happens in the function +render_l_output()+ in the following
489 steps:
490
491 1. Find the content container (`con->type == CT_CON`)
492 2. Get the currently visible workspace (+con_get_fullscreen_con(content,
493    CF_OUTPUT)+).
494 3. If there is a fullscreened window on that workspace, directly render it and
495    return, thus ignoring the dock areas.
496 4. Sum up the space used by all the dock windows (they have a variable height
497    only).
498 5. Set the workspace rects (x/y/width/height) based on the position of the
499    output (stored in `con->rect`) and the usable space
500    (`con->rect.{width,height}` without the space used for dock windows).
501 6. Recursively raise and render the output’s child containers (meaning dock
502    area containers and the content container).
503
504 === Rendering a workspace or split container
505
506 From here on, there really is no difference anymore. All containers are of
507 `con->type == CT_CON` (whether workspace or split container) and some of them
508 have a `con->window`, meaning they represent an actual window instead of a
509 split container.
510
511 ==== Default layout
512
513 In default layout, containers are placed horizontally or vertically next to
514 each other (depending on the `con->orientation`). If a child is a leaf node (as
515 opposed to a split container) and has border style "normal", appropriate space
516 will be reserved for its window decoration.
517
518 ==== Stacked layout
519
520 In stacked layout, only the focused window is actually shown (this is achieved
521 by calling +x_raise_con()+ in reverse focus order at the end of +render_con()+).
522
523 The available space for the focused window is the size of the container minus
524 the height of the window decoration for all windows inside this stacked
525 container.
526
527 If border style is "1pixel" or "none", no window decoration height will be
528 reserved (or displayed later on), unless there is more than one window inside
529 the stacked container.
530
531 ==== Tabbed layout
532
533 Tabbed layout works precisely like stacked layout, but the window decoration
534 position/size is different: They are placed next to each other on a single line
535 (fixed height).
536
537 ==== Dock area layout
538
539 This is a special case. Users cannot choose the dock area layout, but it will be
540 set for the dock area containers. In the dockarea layout (at the moment!),
541 windows will be placed above each other.
542
543 === Rendering a window
544
545 A window’s size and position will be determined in the following way:
546
547 1. Subtract the border if border style is not "none" (but "normal" or "1pixel").
548 2. Subtract the X11 border, if the window has an X11 border > 0.
549 3. Obey the aspect ratio of the window (think MPlayer).
550 4. Obey the height- and width-increments of the window (think terminal emulator
551    which can only be resized in one-line or one-character steps).
552
553 == Pushing updates to X11 / Drawing
554
555 A big problem with i3 before version 4 was that we just sent requests to X11
556 anywhere in the source code. This was bad because nobody could understand the
557 entirety of our interaction with X11, it lead to subtle bugs and a lot of edge
558 cases which we had to consider all over again.
559
560 Therefore, since version 4, we have a single file, +src/x.c+, which is
561 responsible for repeatedly transferring parts of our tree datastructure to X11.
562
563 +src/x.c+ consists of multiple parts:
564
565 1. The state pushing: +x_push_changes()+, which calls +x_push_node()+.
566 2. State modification functions: +x_con_init+, +x_reinit+,
567    +x_reparent_child+, +x_move_win+, +x_con_kill+, +x_raise_con+, +x_set_name+
568    and +x_set_warp_to+.
569 3. Expose event handling (drawing decorations): +x_deco_recurse()+ and
570    +x_draw_decoration()+.
571
572 === Pushing state to X11
573
574 In general, the function +x_push_changes+ should be called to push state
575 changes. Only when the scope of the state change is clearly defined (for
576 example only the title of a window) and its impact is known beforehand, one can
577 optimize this and call +x_push_node+ on the appropriate con directly.
578
579 +x_push_changes+ works in the following steps:
580
581 1. Clear the eventmask for all mapped windows. This leads to not getting
582    useless ConfigureNotify or EnterNotify events which are caused by our
583    requests. In general, we only want to handle user input.
584 2. Stack windows above each other, in reverse stack order (starting with the
585    most obscured/bottom window). This is relevant for floating windows which
586    can overlap each other, but also for tiling windows in stacked or tabbed
587    containers. We also update the +_NET_CLIENT_LIST_STACKING+ hint which is
588    necessary for tab drag and drop in Chromium.
589 3. +x_push_node+ will be called for the root container, recursively calling
590    itself for the container’s children. This function actually pushes the
591    state, see the next paragraph.
592 4. If the pointer needs to be warped to a different position (for example when
593    changing focus to a different output), it will be warped now.
594 5. The eventmask is restored for all mapped windows.
595 6. Window decorations will be rendered by calling +x_deco_recurse+ on the root
596    container, which then recursively calls itself for the children.
597 7. If the input focus needs to be changed (because the user focused a different
598    window), it will be updated now.
599 8. +x_push_node_unmaps+ will be called for the root container. This function
600    only pushes UnmapWindow requests. Separating the state pushing is necessary
601    to handle fullscreen windows (and workspace switches) in a smooth fashion:
602    The newly visible windows should be visible before the old windows are
603    unmapped.
604
605 +x_push_node+ works in the following steps:
606
607 1. Update the window’s +WM_NAME+, if changed (the +WM_NAME+ is set on i3
608    containers mainly for debugging purposes).
609 2. Reparents a child window into the i3 container if the container was created
610    for a specific managed window.
611 3. If the size/position of the i3 container changed (due to opening a new
612    window or switching layouts for example), the window will be reconfigured.
613    Also, the pixmap which is used to draw the window decoration/border on is
614    reconfigured (pixmaps are size-dependent).
615 4. Size/position for the child window is adjusted.
616 5. The i3 container is mapped if it should be visible and was not yet mapped.
617    When mapping, +WM_STATE+ is set to +WM_STATE_NORMAL+. Also, the eventmask of
618    the child window is updated and the i3 container’s contents are copied from
619    the pixmap.
620 6. +x_push_node+ is called recursively for all children of the current
621    container.
622
623 +x_push_node_unmaps+ handles the remaining case of an i3 container being
624 unmapped if it should not be visible anymore. +WM_STATE+ will be set to
625 +WM_STATE_WITHDRAWN+.
626
627
628 === Drawing window decorations/borders/backgrounds
629
630 +x_draw_decoration+ draws window decorations. It is run for every leaf
631 container (representing an actual X11 window) and for every non-leaf container
632 which is in a stacked/tabbed container (because stacked/tabbed containers
633 display a window decoration for split containers, which consists of a representation
634 of the child container's names.
635
636 Then, parameters are collected to be able to determine whether this decoration
637 drawing is actually necessary or was already done. This saves a substantial
638 number of redraws (depending on your workload, but far over 50%).
639
640 Assuming that we need to draw this decoration, we start by filling the empty
641 space around the child window (think of MPlayer with a specific aspect ratio)
642 in the user-configured client background color.
643
644 Afterwards, we draw the appropriate border (in case of border styles "normal"
645 and "1pixel") and the top bar (in case of border style "normal").
646
647 The last step is drawing the window title on the top bar.
648
649
650 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
651
652 == Resizing containers
653
654 By clicking and dragging the border of a container, you can resize the whole
655 column (respectively row) which this container is in. This is necessary to keep
656 the table layout working and consistent.
657
658 The resizing works similarly to the resizing of floating windows or movement of
659 floating windows:
660
661 * A new, invisible window with the size of the root window is created
662   (+grabwin+)
663 * Another window, 2px width and as high as your screen (or vice versa for
664   horizontal resizing) is created. Its background color is the border color and
665   it is only there to inform the user how big the container will be (it
666   creates the impression of dragging the border out of the container).
667 * The +drag_pointer+ function of +src/floating.c+ is called to grab the pointer
668   and enter its own event loop which will pass all events (expose events) but
669   motion notify events. This function then calls the specified callback
670   (+resize_callback+) which does some boundary checking and moves the helper
671   window. As soon as the mouse button is released, this loop will be
672   terminated.
673 * The new width_factor for each involved column (respectively row) will be
674   calculated.
675
676 /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
677
678 == User commands (parser-specs/commands.spec)
679
680 In the configuration file and when using i3 interactively (with +i3-msg+, for
681 example), you use commands to make i3 do things, like focus a different window,
682 set a window to fullscreen, and so on. An example command is +floating enable+,
683 which enables floating mode for the currently focused window. See the
684 appropriate section in the link:userguide.html[User’s Guide] for a reference of
685 all commands.
686
687 In earlier versions of i3, interpreting these commands was done using lex and
688 yacc, but experience has shown that lex and yacc are not well suited for our
689 command language. Therefore, starting from version 4.2, we use a custom parser
690 for user commands and the configuration file.
691 The input specification for this parser can be found in the file
692 +parser-specs/*.spec+. Should you happen to use Vim as an editor, use
693 :source parser-specs/highlighting.vim to get syntax highlighting for this file
694 (highlighting files for other editors are welcome).
695
696 .Excerpt from commands.spec
697 -----------------------------------------------------------------------
698 state INITIAL:
699   '[' -> call cmd_criteria_init(); CRITERIA
700   'move' -> MOVE
701   'exec' -> EXEC
702   'workspace' -> WORKSPACE
703   'exit' -> call cmd_exit()
704   'restart' -> call cmd_restart()
705   'reload' -> call cmd_reload()
706 -----------------------------------------------------------------------
707
708 The input specification is written in an extremely simple format. The
709 specification is then converted into C code by the Perl script
710 generate-commands-parser.pl (the output file names begin with GENERATED and the
711 files are stored in the +include+ directory). The parser implementation
712 +src/commands_parser.c+ includes the generated C code at compile-time.
713
714 The above excerpt from commands.spec illustrates nearly all features of our
715 specification format: You describe different states and what can happen within
716 each state. State names are all-caps; the state in the above excerpt is called
717 INITIAL. A list of tokens and their actions (separated by an ASCII arrow)
718 follows. In the excerpt, all tokens are literals, that is, simple text strings
719 which will be compared with the input. An action is either the name of a state
720 in which the parser will transition into, or the keyword 'call', followed by
721 the name of a function (and optionally a state).
722
723 === Example: The WORKSPACE state
724
725 Let’s have a look at the WORKSPACE state, which is a good example of all
726 features. This is its definition:
727
728 .WORKSPACE state (commands.spec)
729 ----------------------------------------------------------------
730 # workspace next|prev|next_on_output|prev_on_output
731 # workspace back_and_forth
732 # workspace <name>
733 # workspace number <number>
734 state WORKSPACE:
735   direction = 'next_on_output', 'prev_on_output', 'next', 'prev'
736       -> call cmd_workspace($direction)
737   'back_and_forth'
738       -> call cmd_workspace_back_and_forth()
739   'number'
740       -> WORKSPACE_NUMBER
741   workspace = string
742       -> call cmd_workspace_name($workspace)
743 ----------------------------------------------------------------
744
745 As you can see from the commands, there are multiple different valid variants
746 of the workspace command:
747
748 workspace <direction>::
749         The word 'workspace' can be followed by any of the tokens 'next',
750         'prev', 'next_on_output' or 'prev_on_output'. This command will
751         switch to the next or previous workspace (optionally on the same
752         output). +
753         There is one function called +cmd_workspace+, which is defined
754         in +src/commands.c+. It will handle this kind of command. To know which
755         direction was specified, the direction token is stored on the stack
756         with the name "direction", which is what the "direction = " means in
757         the beginning. +
758
759 NOTE: Note that you can specify multiple literals in the same line. This has
760         exactly the same effect as if you specified `direction =
761         'next_on_output' -> call cmd_workspace($direction)` and so forth. +
762
763 NOTE: Also note that the order of literals is important here: If 'next' were
764         ordered before 'next_on_output', then 'next_on_output' would never
765         match.
766
767 workspace back_and_forth::
768         This is a very simple case: When the literal 'back_and_forth' is found
769         in the input, the function +cmd_workspace_back_and_forth+ will be
770         called without parameters and the parser will return to the INITIAL
771         state (since no other state was specified).
772 workspace <name>::
773         In this case, the workspace command is followed by an arbitrary string,
774         possibly in quotes, for example "workspace 3" or "workspace bleh". +
775         This is the first time that the token is actually not a literal (not in
776         single quotes), but just called string. Other possible tokens are word
777         (the same as string, but stops matching at a whitespace) and end
778         (matches the end of the input).
779 workspace number <number>::
780         The workspace command has to be followed by the keyword +number+. It
781         then transitions into the state +WORKSPACE_NUMBER+, where the actual
782         parameter will be read.
783
784 === Introducing a new command
785
786 The following steps have to be taken in order to properly introduce a new
787 command (or possibly extend an existing command):
788
789 1. Define a function beginning with +cmd_+ in the file +src/commands.c+. Copy
790    the prototype of an existing function.
791 2. After adding a comment on what the function does, copy the comment and
792    function definition to +include/commands.h+. Make the comment in the header
793    file use double asterisks to make doxygen pick it up.
794 3. Write a test case (or extend an existing test case) for your feature, see
795    link:testsuite.html[i3 testsuite]. For now, it is sufficient to simply call
796    your command in all the various possible ways.
797 4. Extend the parser specification in +parser-specs/commands.spec+. Run the
798    testsuite and see if your new function gets called with the appropriate
799    arguments for the appropriate input.
800 5. Actually implement the feature.
801 6. Document the feature in the link:userguide.html[User’s Guide].
802
803 == Moving containers
804
805 The movement code is pretty delicate. You need to consider all cases before
806 making any changes or before being able to fully understand how it works.
807
808 === Case 1: Moving inside the same container
809
810 The reference layout for this case is a single workspace in horizontal
811 orientation with two containers on it. Focus is on the left container (1).
812
813
814 [width="15%",cols="^,^"]
815 |========
816 | 1 | 2
817 |========
818
819 When moving the left window to the right (command +move right+), tree_move will
820 look for a container with horizontal orientation and finds the parent of the
821 left container, that is, the workspace. Afterwards, it runs the code branch
822 commented with "the easy case": it calls TAILQ_NEXT to get the container right
823 of the current one and swaps both containers.
824
825 === Case 2: Move a container into a split container
826
827 The reference layout for this case is a horizontal workspace with two
828 containers. The right container is a v-split with two containers. Focus is on
829 the left container (1).
830
831 [width="15%",cols="^,^"]
832 |========
833 1.2+^.^| 1 | 2
834 | 3
835 |========
836
837 When moving to the right (command +move right+), i3 will work like in case 1
838 ("the easy case"). However, as the right container is not a leaf container, but
839 a v-split, the left container (1) will be inserted at the right position (below
840 2, assuming that 2 is focused inside the v-split) by calling +insert_con_into+.
841
842 +insert_con_into+ detaches the container from its parent and inserts it
843 before/after the given target container. Afterwards, the on_remove_child
844 callback is called on the old parent container which will then be closed, if
845 empty.
846
847 Afterwards, +con_focus+ will be called to fix the focus stack and the tree will
848 be flattened.
849
850 === Case 3: Moving to non-existent top/bottom
851
852 Like in case 1, the reference layout for this case is a single workspace in
853 horizontal orientation with two containers on it. Focus is on the left
854 container:
855
856 [width="15%",cols="^,^"]
857 |========
858 | 1 | 2
859 |========
860
861 This time however, the command is +move up+ or +move down+. tree_move will look
862 for a container with vertical orientation. As it will not find any,
863 +same_orientation+ is NULL and therefore i3 will perform a forced orientation
864 change on the workspace by creating a new h-split container, moving the
865 workspace contents into it and then changing the workspace orientation to
866 vertical. Now it will again search for parent containers with vertical
867 orientation and it will find the workspace.
868
869 This time, the easy case code path will not be run as we are not moving inside
870 the same container. Instead, +insert_con_into+ will be called with the focused
871 container and the container above/below the current one (on the level of
872 +same_orientation+).
873
874 Now, +con_focus+ will be called to fix the focus stack and the tree will be
875 flattened.
876
877 === Case 4: Moving to existent top/bottom
878
879 The reference layout for this case is a vertical workspace with two containers.
880 The bottom one is a h-split containing two containers (1 and 2). Focus is on
881 the bottom left container (1).
882
883 [width="15%",cols="^,^"]
884 |========
885 2+| 3
886 | 1 | 2
887 |========
888
889 This case is very much like case 3, only this time the forced workspace
890 orientation change does not need to be performed because the workspace already
891 is in vertical orientation.
892
893 === Case 5: Moving in one-child h-split
894
895 The reference layout for this case is a horizontal workspace with two
896 containers having a v-split on the left side with a one-child h-split on the
897 bottom. Focus is on the bottom left container (2(h)):
898
899 [width="15%",cols="^,^"]
900 |========
901 | 1 1.2+^.^| 3
902 | 2(h)
903 |========
904
905 In this case, +same_orientation+ will be set to the h-split container around
906 the focused container. However, when trying the easy case, the next/previous
907 container +swap+ will be NULL. Therefore, i3 will search again for a
908 +same_orientation+ container, this time starting from the parent of the h-split
909 container.
910
911 After determining a new +same_orientation+ container (if it is NULL, the
912 orientation will be force-changed), this case is equivalent to case 2 or case
913 4.
914
915
916 === Case 6: Floating containers
917
918 The reference layout for this case is a horizontal workspace with two
919 containers plus one floating h-split container. Focus is on the floating
920 container.
921
922 TODO: nice illustration. table not possible?
923
924 When moving up/down, the container needs to leave the floating container and it
925 needs to be placed on the workspace (at workspace level). This is accomplished
926 by calling the function +attach_to_workspace+.
927
928 == Click handling
929
930 Without much ado, here is the list of cases which need to be considered:
931
932 * click to focus (tiling + floating) and raise (floating)
933 * click to focus/raise when in stacked/tabbed mode
934 * floating_modifier + left mouse button to drag a floating con
935 * floating_modifier + right mouse button to resize a floating con
936 * click on decoration in a floating con to either initiate a resize (if there
937   is more than one child in the floating con) or to drag the
938   floating con (if it’s the one at the top).
939 * click on border in a floating con to resize the floating con
940 * floating_modifier + right mouse button to resize a tiling con
941 * click on border/decoration to resize a tiling con
942
943 == Gotchas
944
945 * Forgetting to call `xcb_flush(conn);` after sending a request. This usually
946   leads to code which looks like it works fine but which does not work under
947   certain conditions.
948
949 * Forgetting to call `floating_fix_coordinates(con, old_rect, new_rect)` after
950   moving workspaces across outputs. Coordinates for floating containers are
951   not relative to workspace boundaries, so you must correct their coordinates
952   or those containers will show up in the wrong workspace or not at all.
953
954 == Using git / sending patches
955
956 === Introduction
957
958 For a short introduction into using git, see
959 http://web.archive.org/web/20121024222556/http://www.spheredev.org/wiki/Git_for_the_lazy
960 or, for more documentation, see http://git-scm.com/documentation
961
962 Please talk to us before working on new features to see whether they will be
963 accepted. A good way for this is to open an issue and asking for opinions on it.
964 Even for accepted features, this can be a good way to refine an idea upfront. However,
965 we don't want to see certain features in i3, e.g., switching window focus in an
966 Alt+Tab like way.
967
968 When working on bugfixes, please make sure you mention that you are working on
969 it in the corresponding bug report at https://github.com/i3/i3/issues. In case
970 there is no bug report yet, please create one.
971
972 After you are done, please submit your work for review as a pull request at
973 https://github.com/i3/i3.
974
975 Do not send emails to the mailing list or any author directly, and don’t submit
976 them in the bugtracker, since all reviews should be done in public at
977 https://github.com/i3/i3. In order to make your review go as fast as possible, you
978 could have a look at previous reviews and see what the common mistakes are.
979
980 === Which branch to use?
981
982 Work on i3 generally happens in two branches: “master” and “next” (the latter
983 being the default branch, the one that people get when they check out the git
984 repository).
985
986 The contents of “master” are always stable. That is, it contains the source code
987 of the latest release, plus any bugfixes that were applied since that release.
988
989 New features are only found in the “next” branch. Therefore, if you are working
990 on a new feature, use the “next” branch. If you are working on a bugfix, use the
991 “next” branch, too, but make sure your code also works on “master”.
992
993 === How to build?
994
995 You can build i3 like you build any other software package which uses autotools.
996 Here’s a memory refresher:
997
998     $ autoreconf -fi
999     $ mkdir -p build && cd build
1000     $ ../configure
1001     $ make -j8
1002
1003 (The autoreconf -fi step is unnecessary if you are building from a release tarball,
1004  but shouldn’t hurt either.)
1005
1006 ==== Build system features
1007
1008 * We use the AX_ENABLE_BUILDDIR macro to enforce builds happening in a separate
1009   directory. This is a prerequisite for the AX_EXTEND_SRCDIR macro and building
1010   in a separate directory is common practice anyway. In case this causes any
1011   trouble when packaging i3 for your distribution, please open an issue.
1012
1013 * “make check” runs the i3 testsuite. See docs/testsuite for details.
1014
1015 * “make distcheck” (runs testsuite on “make dist” result, tiny bit quicker
1016   feedback cycle than waiting for the travis build to catch the issue).
1017
1018 * “make uninstall” (occasionally requested by users who compile from source)
1019
1020 * “make” will build manpages/docs by default if the tools are installed.
1021   Conversely, manpages/docs are not tried to be built for users who don’t want
1022   to install all these dependencies to get started hacking on i3.
1023
1024 * non-release builds will enable address sanitizer by default. Use the
1025   --disable-sanitizers configure option to turn off all sanitizers, and see
1026   --help for available sanitizers.
1027
1028 * Support for pre-compiled headers (PCH) has been dropped for now in the
1029   interest of simplicity. If you need support for PCH, please open an issue.
1030
1031 * Coverage reports are now generated using “make check-code-coverage”, which
1032   requires specifying --enable-code-coverage when calling configure.
1033
1034 == Thought experiments
1035
1036 In this section, we collect thought experiments, so that we don’t forget our
1037 thoughts about specific topics. They are not necessary to get into hacking i3,
1038 but if you are interested in one of the topics they cover, you should read them
1039 before asking us why things are the way they are or why we don’t implement
1040 things.
1041
1042 === Using cgroups per workspace
1043
1044 cgroups (control groups) are a linux-only feature which provides the ability to
1045 group multiple processes. For each group, you can individually set resource
1046 limits, like allowed memory usage. Furthermore, and more importantly for our
1047 purposes, they serve as a namespace, a label which you can attach to processes
1048 and their children.
1049
1050 One interesting use for cgroups is having one cgroup per workspace (or
1051 container, doesn’t really matter). That way, you could set different priorities
1052 and have a workspace for important stuff (say, writing a LaTeX document or
1053 programming) and a workspace for unimportant background stuff (say,
1054 JDownloader). Both tasks can obviously consume a lot of I/O resources, but in
1055 this example it doesn’t really matter if JDownloader unpacks the download a
1056 minute earlier or not. However, your compiler should work as fast as possible.
1057 Having one cgroup per workspace, you would assign more resources to the
1058 programming workspace.
1059
1060 Another interesting feature is that an inherent problem of the workspace
1061 concept could be solved by using cgroups: When starting an application on
1062 workspace 1, then switching to workspace 2, you will get the application’s
1063 window(s) on workspace 2 instead of the one you started it on. This is because
1064 the window manager does not have any mapping between the process it starts (or
1065 gets started in any way) and the window(s) which appear.
1066
1067 Imagine for example using dmenu: The user starts dmenu by pressing Mod+d, dmenu
1068 gets started with PID 3390. The user then decides to launch Firefox, which
1069 takes a long time. So they enter firefox into dmenu and press enter. Firefox
1070 gets started with PID 4001. When it finally finishes loading, it creates an X11
1071 window and uses MapWindow to make it visible. This is the first time i3
1072 actually gets in touch with Firefox. It decides to map the window, but it has
1073 no way of knowing that this window (even though it has the _NET_WM_PID property
1074 set to 4001) belongs to the dmenu the user started before.
1075
1076 How do cgroups help with this? Well, when pressing Mod+d to launch dmenu, i3
1077 would create a new cgroup, let’s call it i3-3390-1. It launches dmenu in that
1078 cgroup, which gets PID 3390. As before, the user enters firefox and Firefox
1079 gets launched with PID 4001. This time, though, the Firefox process with PID
1080 4001 is *also* member of the cgroup i3-3390-1 (because fork()ing in a cgroup
1081 retains the cgroup property). Therefore, when mapping the window, i3 can look
1082 up in which cgroup the process is and can establish a mapping between the
1083 workspace and the window.
1084
1085 There are multiple problems with this approach:
1086
1087 . Every application has to properly set +_NET_WM_PID+. This is acceptable and
1088   patches can be written for the few applications which don’t set the hint yet.
1089 . It does only work on Linux, since cgroups are a Linux-only feature. Again,
1090   this is acceptable.
1091 . The main problem is that some applications create X11 windows completely
1092   independent of UNIX processes. An example for this is Chromium (or
1093   gnome-terminal), which, when being started a second time, communicates with
1094   the first process and lets the first process open a new window. Therefore, if
1095   you have a Chromium window on workspace 2 and you are currently working on
1096   workspace 3, starting +chromium+ does not lead to the desired result (the
1097   window will open on workspace 2).
1098
1099 Therefore, my conclusion is that the only proper way of fixing the "window gets
1100 opened on the wrong workspace" problem is in the application itself. Most
1101 modern applications support freedesktop startup-notifications  which can be
1102 used for this.