深入理解 Linux fontconfig 第二部分

这是深入理解 Linux fontconfig 系列的第二部分，第一部分请移步。

前面说到了 FcConfigSubstitute这个函数，它实际封装了：

FcConfigSubstituteWithPat (FcConfig    *config,
		   FcPattern   *p,
		   FcPattern   *p_pat,
		   FcMatchKind kind)
{

这不过第二个 p_pat 是 0。

整个 FcConfigSubstituteWithPat 函数比较长，就不全贴出来了。具体在这里。

它先是获取了 config：

config = FcConfigReference (config);

然后针对 FcMatchPattern 这个 kind 先往 pattern p 里加入了 lang 和 prgname 元素。接着就是针对从 config 里取到的某个 kind 的 RuleSet 挨个应用到 pattern。

FcConfigReference

实际上只有给它传 0 才会做一大堆初始化，不然就会使用你自己的 config。前面说过 Chromium 的 config 就是它自己做的：

FcConfig* config = GetGlobalFontConfig();

实际上包括 fontconfig 自己在内都是直接传 0 让它做初始化的。初始化最重要的函数是：

config = FcInitLoadConfigAndFonts ();

这个函数在 fcinit.c。实际封装了 FcInitLoadOwnConfigAndFonts(NULL) 。这个函数长这样：

FcConfig *
FcInitLoadOwnConfigAndFonts (FcConfig *config) {
    config = FcInitLoadOwnConfig (config);
    if (!config)
      return 0;
    if (!FcConfigBuildFonts (config)) {
      FcConfigDestroy (config);
      return 0;
    }
    return config;
}

它首先是使用 FcInitLoadOwnConfig 去加载默认 config，然后看看默认 config 能否 FcConfigBuildFonts，如果能就返回。

FcInitLoadOwnConfig 这个函数非常大，但是由于前面传过来的是 NULL, 理解起来反而更简单。它其实就是生成了一份默认的什么都没有但是能相应各种请求的 FcConfig，内容就是这样：

 <fontconfig>
 FC_DEFAULT_FONTS
 <dir prefix=\"xdg\">fonts</dir>
 <cachedir>" FC_CACHEDIR "</cachedir>
 <cachedir prefix=\"xdg\">fontconfig</cachedir>
 <include ignore_missing=\"yes\">" CONFIGDIR "</include>
 <include ignore_missing=\"yes\" prefix=\"xdg\">fontconfig/conf.d</include>
 <include ignore_missing=\"yes\" prefix=\"xdg\">fontconfig/fonts.conf</include>
</fontconfig>

重要的反而是 FcConfigBuildFonts。而后者里面最重要的函数是 FcConfigAddDirList 。接着最重要的是 FcDirCacheRead->FcDirCacheScan->FcDirScanConfig-> FcFileScanConfig -> FcFileScanFontConfig。

FcFileScanFontConfig

这个函数是一个非常重要的底层函数，因为它有：

if (!FcFreeTypeQueryAll (file, -1, NULL, NULL, set))

去真正的扫描字体文件，并且对扫描出的 FontSet 逐个有：

if (config && !FcConfigSubstitute (config, font, FcMatchScan))

也就是应用 <match target="scan"> 规则。而我们的 charset minus 应用的正是 scan 规则。

这里要特殊说一下，就是以上流程是在假设没有 cache 的情况下才会发生的，如果有 cache，那么到了 FcDirCacheRead 那步就是读取 cache 了。所以上面分析的过程相当于：

 fc-cache && fc-match blabla

至此我们的函数理解阶段就告一段落了。因为我们能够确定：

只要传递给 FcConfigReference 中的 config 是 0，那么一定能够得到应用了 <match target="scan"> 后的字体。

验证 FcConfigReference

魔改了一下依云的代码：

#include<stdio.h>
#include<fontconfig/fontconfig.h>

int main(int argc, char **argv){
  FcFontSet* fs = FcFontSetCreate();
  FcPattern* pat;
  
  FcChar8* strpat = (FcChar8*)":lang=zh";
  pat = FcNameParse(strpat);

  FcConfigSubstitute(0, pat, FcMatchPattern);
  FcDefaultSubstitute(pat);

  FcResult ret;
  FcFontSet* font_patterns = FcFontSort(0, pat, FcFalse, 0, &ret);

  int j;
  for (j = 0; j < font_patterns->nfont; j++) {
    FcPattern* font_pattern = FcFontRenderPrepare(NULL, pat, font_patterns->fonts[j]);
    if (font_pattern) {
      FcFontSetAdd(fs, font_pattern);
    }
  }

  FcFontSetSortDestroy(font_patterns);
  FcPatternDestroy(pat);

  FcChar8 *family;
  FcChar8 *file;
  FcCharSet* cs;
  FcChar32 ch;
  FcUtf8ToUcs4((FcChar8*)"™", &ch, 3);
  
  int i;
  for(i=0; i<fs->nfont; i++){
    if(FcPatternGetCharSet(fs->fonts[i], FC_CHARSET, 0, &cs) != FcResultMatch){
      fprintf(stderr, "no match\n");
      FcPatternPrint(fs->fonts[i]);
      goto nofont;
    }
    if(FcPatternGetString(fs->fonts[i], FC_FAMILY, 1, &family) != FcResultMatch)
      if(FcPatternGetString(fs->fonts[i], FC_FAMILY, 0, &family) != FcResultMatch)
        goto nofont;
      printf("[%d] %s ", i, (char *)family);
    if(FcPatternGetString(fs->fonts[i], FC_FILE, 0, &file) != FcResultMatch)
      goto nofont;
    printf("(%s): ", (char *)file);
    if(FcCharSetHasChar(cs, ch)){
      puts("Yes");
    } else {
      puts("No");
    }
}

FcFontSetDestroy(fs);

return 0;

nofont:
   return 1;
}

编译运行：

gcc -o test1 test1.c -lfontconfig
./test1 | grep "Noto Sans CJK SC"

结果：

[0] Noto Sans CJK SC (/usr/share/fonts/truetype/NotoSansCJKsc-Regular.otf): Yes

居然还在！

其实这不奇怪：

首先我们只是知道了给 FcConfigReference 传 0 会得到应用 <match target="scan" 的结果，结果里面是否成功去掉了 charset leaf，我们没有验证。

其次，前面我们说 FcFontList的时候提到的 config 其实也是传了 0 的，但最后没应用 :charset=0x2122 得到的结果也是还有 Noto Sans CJK SC ，这是符合 FcFontList 的，因为你并没有精确的要 :charset=0x2122，但是后面 FcPatternGetCharset 的结果里含有 charset=0x2122 这就不对了。

第三，也有可能是 FcDefaultSubstitute、FcFontSort、FcFontRenderPrepare这其中一个调整过 charset，把它给恢复了。但不可能。我在调用 FcFontSort 的时候 trim 选项给的是 FcFalse，不会改。FcDefaultSubstitute 大家都摸得很透了，就是添加一些默认的 slant、weight 之类的，FcFontRenderPrepare 通篇也都在围绕 lang、size 这些做文章，根本就没碰 charset。

也就是说：

if (config && !FcConfigSubstitute (config, font, FcMatchScan))

这里可能是应用了，但没有应用成功。那我们就只能魔改这个函数让它吐前后的 charset 来验证了。

魔改 FcFileScanFontConfig

我们给 FcFileScanFontConfig 函数添加以下代码：

static FcBool
FcFileScanFontConfig (FcFontSet		*set,
	      const FcChar8	*file,
	      FcConfig		*config)
{
    int		i;
    FcBool	ret = FcTrue;
    int		old_nfont = set->nfont;
    const FcChar8 *sysroot = FcConfigGetSysRoot (config);

    + FcChar8* family;
    + FcCharSet* cs;
    + FcCharSet* cs1;
    + FcChar32 ch;
    + FcUtf8ToUcs4((FcChar8*)"™", &ch, 3);

然后在：

if (config && !FcConfigSubstitute (config, font, FcMatchScan))

前后分别加上：

if (FcDebug() & FC_DBG_SCANV)
{
  FcPatternGetString(font, FC_FAMILY, 0, &family);
  printf ("%s\n", family);
  printf("before match scan: ");
  FcPatternGetCharSet(font, FC_CHARSET, 0, &cs);
  if (FcCharSetHasChar(cs, ch)) {
    printf("Yes\n");
  } else {
    printf("No\n");
  }
  printf("charset count: %d\n", FcCharSetCount(cs));
}

很简单吧，就是打印它前后进行 FcCharSetHasChar 的结果。然后编译，运行：

su
FC_DEBUG=256 fc-cache -f > fc-cache.txt

结果让人十分沮丧：

Noto Sans CJK SC
before match scan: Yes
charset count: 44810
after match scan: Yes
charset count: 44810

为什么？

到这儿其实已经可以定义为一个 BUG 了。宣称 minus charset 最后却没有减。但我还是有兴趣继续 debug 一下 FcMatchScan 是怎么进行的。

留个悬念吧，其实它不是 bug。详情见下篇分解。

初步结论

首先，我们之前说 fontconfig 的 scan 阶段生成的是一个无序列表，实际上不对。

它的 directory 是严格按照 config->fontDirs的顺序来的，而每个文件夹中字体文件的扫描顺序是：

 /*
 * Sort files to make things prettier
 */
qsort(files->strs, files->num, sizeof(FcChar8 *), cmpstringp);

它实际上是 strcmp 的顺序。可以在 fcdir.c 里看到。

其次， scan->pattern->font 的 match 顺序还是正确的。

再次，通过 pattern 中带 :charset=0x2122 的方式可以获取到应用了 charset minus 方法后的字体。FcConfigSubstitute 传 0 这种方法暂时不行，不行的原因是 <match target="scan"> 虽然应用了，但是没有影响到 pattern。

最后，理论上，通过上面两种方法，字体缓存中就是应用了 charset minus 方法的字体，最终返回的 font_pattern 的 charset 里也没有被减掉的字符。但是如果使用 FcConfigSubstitute 方法却不传 0，FcInitLoadOwnConfig 就会跳转到下一段去，解析它提供的 config，那么比如缓存文件夹就可能会与系统的不同，那它缓存文件怎么来的就不好说了…再换句话说，config 用没用系统的都不好说呢。

谈谈 Chromium 的 config

原理部分讲完了。我们继续前面的 Chromium 话题。因为 Chromium 给 FcConfigSubstitute 传的 config 不是 0 而是它自己的：

FcConfig* config = GetGlobalFontConfig();

而这个 GetGlobalFontConfig() 是在 ui/gfx/linux/fontconfig_util.cc 里定义的：

GlobalFontConfig() {
// Without this call, the FontConfig library gets implicitly initialized
// on the first call to FontConfig. Since it's not safe to initialize it
// concurrently from multiple threads, we explicitly initialize it here
// to prevent races when there are multiple renderer's querying the library:
// http://crbug.com/404311
// Note that future calls to FcInit() are safe no-ops per the FontConfig
// interface.
FcInit();

// Increment the reference counter to avoid the config to be deleted while
// being used (see http://crbug.com/1004254).
fc_config_ = FcConfigGetCurrent();
FcConfigReference(fc_config_);

// Set rescan interval to 0 to disable re-scan. Re-scanning in the
// background is a source of thread safety issues.
// See in http://crbug.com/1004254.
FcBool result = FcConfigSetRescanInterval(fc_config_, 0);
DCHECK_EQ(result, FcTrue);
}

实际上是调用了 FcConfigGetCurrent->FcConfigEnsure，最终还是会使用系统上的配置的，跟 0 没什么两样。只是它不再去 rescan 了。也就是说你每次改完 fontconfig 配置，恐怕得重启 chromium 并清空缓存而不是重开网页才能看见效果。

FcConfigReference#

FcFileScanFontConfig#

验证 FcConfigReference#

魔改 FcFileScanFontConfig#

为什么？#

初步结论#

谈谈 Chromium 的 config#