Xlibで日本語を表示する〜フォントセットとXDrawString16の罠〜

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はじめに (対象読者・この記事でわかること)

この記事は、Xlibを使ったX11アプリケーション開発に興味があるC言語プログラマーを対象にしています。特に「ウィンドウに日本語を表示したいけど、文字化けしてうまくいかない」という方に向けて書いています。

この記事を読むことで、Xlibで日本語を表示するために必要な「フォントセットの作成」「文字コードの変換」「描画関数の選び方」について、実装例とともに理解できます。また、日本語表示でよくある落とし穴である「XDrawString16の文字化け」「フォントが見つからないエラー」への対処法も紹介します。

前提知識

この記事を読み進める上で、以下の知識があるとスムーズです。 - C言語の基本的な文法とポインタの理解 - Xlibを使った簡単なウィンドウプログラミング経験 - 文字コード（UTF-8、EUC-JP、Shift_JIS）の基礎知識

Xlibで日本語表示が面倒な理由

Xlibは1980年代に設計された古いAPIであり、当初はASCII中心の設計でした。そのため、日本語のようなマルチバイト文字を扱うには、いくつかの追加作業が必要です。

まず、Xlibは「フォントセット（XFontSet）」という機構を使って、複数のフォントを束ねて1つの論理フォントとして扱います。これにより、日本語のように複数の文字セット（ASCII、ひらがな、カタカナ、漢字）を混在させた表示が可能になります。

また、XlibにはXDrawString（8ビット用文字列描画）とXDrawString16（16ビット用文字列描画）の2種類の描画関数があります。日本語を直接扱いたい場合、XDrawString16を使う必要がありますが、ここで文字コードの変換が必要になります。

日本語表示の実装手順と落とし穴

ここからは、実際にXlibで日本語を表示する手順を、サンプルコードを交えて解説します。環境はLinux（X11）を前提とし、コンパイルはgccで行います。

ステップ1：フォントセットの作成

まず、日本語を含む文字セットに対応したフォントセットを作成します。Xlibでは、XCreateFontSet()を使います。

C

#include <X11/Xlib.h>
#include <X11/Xutil.h>
#include <locale.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    Display *dpy;
    Window win;
    XFontSet fontset;
    char *missing_charset_list;
    int missing_charset_count;
    char *default_string;

    // ロケールを設定（日本語環境）
    setlocale(LC_ALL, "");

    // ディスプレイとウィンドウを開く
    dpy = XOpenDisplay(NULL);
    if (!dpy) {
        fprintf(stderr, "Cannot open display\n");
        return 1;
    }

    win = XCreateSimpleWindow(dpy, DefaultRootWindow(dpy),
                              0, 0, 400, 300, 0, 0, WhitePixel(dpy, 0));
    XStoreName(dpy, win, "日本語表示テスト");
    XMapWindow(dpy, win);
    XFlush(dpy);

    // フォントセットを作成
    fontset = XCreateFontSet(dpy,
                              "-*-*-medium-r-normal--14-*-*-*-*-*-*-*",
                              &missing_charset_list,
                              &missing_charset_count,
                              &default_string);

    if (missing_charset_count > 0) {
        fprintf(stderr, "Missing charsets: %d\n", missing_charset_count);
        XFreeStringList(missing_charset_list);
    }

    // 後で使うので保持
    // ...
}

ポイントは、setlocale()でロケールを日本語環境に設定しておくことです。これを忘れると、フォントセットが正しく作成されません。

ステップ2：XDrawString16で日本語を描画

次に、日本語文字列をXDrawString16で描画します。ここで注意が必要なのは、XDrawString16はXChar2b構造体の配列を受け取る点です。

C

#include <X11/Xlib.h>
#include <wchar.h>
#include <string.h>

// UTF-8文字列をXChar2b配列に変換
int utf8_to_xchar2b(const char *utf8, XChar2b **out) {
    size_t len = mbstowcs(NULL, utf8, 0);
    if (len == (size_t)-1) return -1;

    wchar_t *wcs = malloc(sizeof(wchar_t) * (len + 1));
    mbstowcs(wcs, utf8, len + 1);

    *out = malloc(sizeof(XChar2b) * len);
    for (size_t i = 0; i < len; i++) {
        (*out)[i].byte1 = (wcs[i] >> 8) & 0xFF;
        (*out)[i].byte2 = wcs[i] & 0xFF;
    }
    free(wcs);
    return len;
}

void draw_japanese(Display *dpy, Window win, GC gc, XFontSet fontset,
                     int x, int y, const char *text) {
    XChar2b *xchar;
    int len = utf8_to_xchar2b(text, &xchar);
    if (len < 0) return;

    XSetFontSet(dpy, gc, fontset);
    XDrawString16(dpy, win, gc, x, y, xchar, len);
    free(xchar);
}

ハマった点：XDrawText16は使わない方が無難

最初、XDrawText16を使おうとして、文字化けに悩まされました。XDrawText16はXTextItem16構造体を使いますが、ここで文字セットの情報が複雑に絡み合い、日本語が文字化けして表示されることがあります。

また、フォントセットを設定しても、環境によっては「JIS X 0208.1990-0」や「JIS X 0212.1990-0」という文字集合が見つからないというエラーが出ることがあります。この場合、以下のようにフォントセットを指定すると回避できます。

C

// より具体的にフォントセットを指定
fontset = XCreateFontSet(dpy,
                          "-*-*-medium-r-normal--14-*-*-*-*-*-*-jisx0208.1983-0,"
                          "-*-*-medium-r-normal--14-*-*-*-*-*-*-iso8859-1",
                          &missing_charset_list,
                          &missing_charset_count,
                          &default_string);

解決策：完全な日本語表示プログラム

以下は、これまでの知識をまとめた、日本語を表示する完全なプログラムです。

C

#include <X11/Xlib.h>
#include <X11/Xutil.h>
#include <locale.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <wchar.h>

int utf8_to_xchar2b(const char *utf8, XChar2b **out) {
    size_t len = mbstowcs(NULL, utf8, 0);
    if (len == (size_t)-1) return -1;
    wchar_t *wcs = malloc(sizeof(wchar_t) * (len + 1));
    mbstowcs(wcs, utf8, len + 1);
    *out = malloc(sizeof(XChar2b) * len);
    for (size_t i = 0; i < len; i++) {
        (*out)[i].byte1 = (wcs[i] >> 8) & 0xFF;
        (*out)[i].byte2 = wcs[i] & 0xFF;
    }
    free(wcs);
    return len;
}

int main() {
    setlocale(LC_ALL, "");
    Display *dpy = XOpenDisplay(NULL);
    if (!dpy) { fprintf(stderr, "Cannot open display\n"); return 1; }

    Window win = XCreateSimpleWindow(dpy, DefaultRootWindow(dpy),
                                     100, 100, 400, 300, 0, 0, WhitePixel(dpy, 0));
    XStoreName(dpy, win, "日本語表示");
    XSelectInput(dpy, win, ExposureMask);
    XMapWindow(dpy, win);

    GC gc = XCreateGC(dpy, win, 0, NULL);
    XFontSet fontset = XCreateFontSet(dpy,
                                       "-*-*-medium-r-normal--16-*-*-*-*-*-*-*",
                                       NULL, NULL, NULL);

    XEvent ev;
    while (1) {
        XNextEvent(dpy, &ev);
        if (ev.type == Expose) {
            const char *text = "こんにちは、Xlibで日本語表示！";
            XChar2b *xchar;
            int len = utf8_to_xchar2b(text, &xchar);
            if (len > 0) {
                XSetFontSet(dpy, gc, fontset);
                XDrawString16(dpy, win, gc, 50, 100, xchar, len);
                free(xchar);
            }
        }
    }

    XFreeFontSet(dpy, fontset);
    XFreeGC(dpy, gc);
    XCloseDisplay(dpy);
    return 0;
}

コンパイルと実行：

Bash

gcc -o xlib_jp xlib_jp.c -lX11 -lXft
./xlib_jp

まとめ

本記事では、Xlibで日本語を表示するために必要な「フォントセットの作成」「XDrawString16の使い方」「文字コードの変換」について解説しました。

Xlibで日本語を表示するには、XCreateFontSetで日本語対応フォントセットを作成する
日本語文字列は、XChar2b配列に変換してXDrawString16で描画する
XDrawText16は文字化けの原因になることがあるため、XDrawString16を使うのが無難

この記事を通して、Xlibでも日本語が表示できるようになり、古いX11アプリケーションでも日本語UIが実装できるようになりました。

今後は、Xftライブラリを使ったより美しいアンチエイリアス日本語表示や、Pangoを使った複雑な文字レイアウトについても記事にする予定です。

Xlibで日本語を表示する〜フォントセットとXDrawString16の罠〜🖋️