题外话
前言
1.本文主要围绕 如何 在 控制台上 下起 一场 只有自己能看见的雪
2.是个简易跨平台的,主要是C语言
3.动画 采用 1s 40帧, 雪花具有 x轴速度和y轴速度
4.比较简单,可以给学生作为C语言结课作业吧.
正文
1.1 先简单处理跨平台
本文写作动机,还是感谢一下大学的启蒙老师,让我知道了有条路叫做程序员,可以作为工作生存下去.那就上代码了.
首先代码定位 是 面向 简单跨平台,至少让 gcc 和 vs 能够跑起来.
其实跨平台都是嚼頭, 说白了就是一些丑陋的宏. 真希望所有系统合二为一,采用统一的标准api 设计,但这是不可能的,就相当于很早之前的电视制式一样.
那么我们先看 围绕跨平台的宏
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <time.h> /* * 时间 : 2015年12月26日11:43:22 * 描述 : 应该算过节吧,今天,写了个雪花特效 代码, * 送给 大学启蒙 芦老师 * 学生王志 祝福上 * */ /* * 清除屏幕的shell 命令/控制台命令,还有一些依赖平台的实现 * 如果定义了 __GNUC__ 就假定是 使用gcc 编译器,为Linux平台 * 否则 认为是 Window 平台 */ #if defined(__GNUC__) //下面是依赖 Linux 实现 #include <unistd.h> #define sleep_ms(m) usleep(m * 1000) //向上移动光标函数 Linux static void __curup(int height) { int i = -1; while (++i<height) printf(" 33[1A"); //先回到上一行 } #else // 创建等待函数 1s 60 帧 相当于 16.7ms => 1帧, 我们取16ms // 咱么的这屏幕 推荐 1s 25帧吧 40ms // 这里创建等待函数 以毫秒为单位 , 需要依赖操作系统实现 #include <Windows.h> #define sleep_ms(m) Sleep(m) //向上移动光标 static void __curup(int height) { COORD cr = {0,0}; // GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE) 获取屏幕对象， 设置光标 SetConsoleCursorPosition(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), cr); } #endif /*__GNUC__ 跨平台的代码都很丑陋 */
首先是 sleep_ms 这个宏, 传入一个毫秒数,让操作系统等待.
对于__curup 实现的不好. 功能是 让 控制台当前光标移动到 上面的 height 位置,对于 window直接移动到第一行(0,0)位置.
上面一共用了 5个头文件 还是容易的代码. string.h 主要用的是 memset 函数, 让一段内存初始化,用0填充.
对于time.h 主要是为了 初始化时间种子,方便每次运行都不一样.
// 初始化随机数种子,改变雪花轨迹 srand((unsigned)time(NULL));
1.2 再说主业务代码
这里程序员运行的主业务,先说一说这里用的数据结构 如下
// 定义初始屏幕的宽高像素宏 #define _INT_WIDTH (100) #define _INT_HEIGHT (50) // 屏幕刷新帧的速率 #define _INT_FRATE (40) // 雪花飘落的速率,相对于 屏幕刷新帧 的倍数 #define _INT_VSNOW (10) /* * 错误处理宏,msg必须是""括起来的字符串常量 * __FILE__ : 文件全路径 * __func__ : 函数名 * __LINE__ : 行数行 * __VA_ARGS__ : 可变参数宏, * ##表示直接连接, 例如 a##b <=> ab */ #define cerr(msg,...) fprintf(stderr, "[%s:%s:%d]" msg " ",__FILE__,__func__,__LINE__,##__VA_ARGS__); /* * 屏幕结构体, 具有 宽高 * frate : 绘制一帧的周期, 单位是 毫秒 * width : 屏幕的宽,基于窗口的左上角(0,0) * height : 屏幕的高 * pix : 用一维模拟二维 主要结构如下 * 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 * 0 1 0 1 0 1 0 1 2 0 * . . . * => 0表示没像素, 1表示1个像素,2表示2个像素.... */ struct screen { int frate; // 也可以用 unsigned 结构 int width; int height; char *pix; };
创建了一个绘图对象 struct screen 这里 构建这个结构体的时候用了下面一个技巧
//后面是 为 scr->pix 分配的内存 width*height scr = malloc(sizeof(struct screen) + sizeof(char)*width*height);
一次分配两个内存空间.下面是主要实现的api 对象
/* * 创建一个 屏幕结构指针 返回 * * int frate : 绘制一帧的周期 * int width : 屏幕宽度 * int height : 屏幕高度 * return : 指向屏幕结构的指针 * */ struct screen* screen_create(int frate, int width, int height); /* * 销毁一个 屏幕结构指针, 并为其置空 * struct screen** : 指向 屏幕结构指针的指针, 二级销毁一级的 * */ void screen_destory(struct screen** pscr); /** * 屏幕绘制函数,主要生成一个雪花效果 * * struct screen* : 屏幕数据 * return : 0表示可以绘制了,1表示图案不变 */ int screen_draw_snow(struct screen* scr); /** * 屏幕绘制动画效果, 绘制雪花动画 * * struct screen* : 屏幕结构指针 */ void screen_flash_snow(struct screen* scr);
创建销毁, 绘制一个雪花界面, 绘制雪花动画效果的api. 其实都很相似,用opengl 库, 主要让我们省略了需要单独和操作系统显示层打交道工作.
这里介绍一下,个人 一个 简单避免 野指针的 的方法, 具体看下面实现
/* * 销毁一个 屏幕结构指针, 并为其置空 * struct screen** : 指向 屏幕结构指针的指针, 二级销毁一级的 * */ void screen_destory(struct screen** pscr) { if (NULL == pscr || NULL == *pscr) return; free(*pscr); // 避免野指针 *pscr = NULL; }
在执行之后置空,因为C程序员对NULL一定要敏感,形成条件反射. 和大家开个玩笑 ,
请问 : C 语言中, NULL , 0 , ' ' , "0", false 有什么异同 ?
欢迎同行,在招聘的时候问问,应聘初级开发工作者. 为什么C需要扣的那么细. 因为其它语言.你不明白是什么,
你可以用的很好. 但是C你写的代码,如果不知道会有怎样的结果,那么 线上就一大片服务器直接崩掉.而且还很难找出
问题所在. 因为C很简单,越简单就是越复杂.就越需要专业的维护人员.导致它成了'玩具'.
最后看一下 主业务
// 主函数,主业务在此运行 int main(int argc, char *argv[]) { struct screen* scr = NULL; //创建一个屏幕对象 scr = screen_create(_INT_FRATE, _INT_WIDTH, _INT_HEIGHT); if (NULL == scr) exit(EXIT_FAILURE); //绘制雪花动画 screen_flash_snow(scr); //销毁这个屏幕对象 screen_destory(&scr); return 0; }
还是非常容易看懂的, 创建一个屏幕对象,绘制雪花效果.销毁屏幕对象.
1.3 说一写 接口的实现细节
先看几个简单的api 实现,创建和销魂代码如下,很直白.
/* * 创建一个 屏幕结构指针 返回 * * int frate : 绘制一帧的周期 * int width : 屏幕宽度 * int height : 屏幕高度 * return : 指向屏幕结构的指针 * */ struct screen* screen_create(int frate, int width, int height) { struct screen *scr = NULL; if (frate<0 || width <= 0 || height <= 0) { cerr("[WARNING]check is frate<0 || width<=0 || height<=0 err!"); return NULL; } //后面是 为 scr->pix 分配的内存 width*height scr = malloc(sizeof(struct screen) + sizeof(char)*width*height); if (NULL == scr) { cerr("[FATALG]Out of memory!"); return NULL; } scr->frate = frate; scr->width = width; scr->height = height; //减少malloc次数,malloc消耗很大,内存泄露呀,内存碎片呀 scr->pix = ((char *)scr) + sizeof(struct screen); return scr; } /* * 销毁一个 屏幕结构指针, 并为其置空 * struct screen** : 指向 屏幕结构指针的指针, 二级销毁一级的 * */ void screen_destory(struct screen** pscr) { if (NULL == pscr || NULL == *pscr) return; free(*pscr); // 避免野指针 *pscr = NULL; }
后面说一下 如何 绘制 屏幕中雪花
主要算法 是
a.有个屏幕 w x h
b.屏幕从上面第一行 出雪花 , 出雪花 位置是随机的[0,w], 但是有个距离,这个距离内只有一个雪花
c.下一行 雪花 依赖上一行雪花的生成, 每个雪花在可以飘动的时候, 只能 在[-1,1] 范围内
d.实现动画 效果 就是 每画一帧就等待 一段时间
下面看具体一点的 a
//创建一个屏幕对象 scr = screen_create(_INT_FRATE, _INT_WIDTH, _INT_HEIGHT);
scr对象就是我们的创建屏幕. _INT_WIDTH 和 _INT_HEIGHT 就是屏幕大小. 对于_INT_FRATE 表示绘制一帧时间.
b实现 代码如下:
//构建开头 的雪花,下面宏表示每 _INT_SHEAD 个步长,一个雪花,需要是2的幂 //static 可以理解为 private, 宏,位操作代码多了确实难读 #define _INT_SHEAD (1<<2) static void __snow_head(char* snow, int len) { int r = 0; //数据需要清空 memset(snow, 0, len); for (;;) { //取余一个技巧 2^3 - 1 = 7 => 111 , 并就是取余数 int t = rand() & (_INT_SHEAD - 1); if (r + t >= len) break; snow[r + t] = 1; r += _INT_SHEAD; } } #undef _INT_SHEAD
技巧如上,可以看说明. 这里 科普一下, 对于 for(;;) {} 和 while(true) {} 异同.
for(;;) {} 和 while(true) {} 这两段代码转成汇编是一样的, 不一样 的是 强加的意愿. 第一个 希望 跳过 检测步骤 速度更快一点.
再扩展一点.
//另一种 循环语句, goto 还是 很强大实用的 __for_loop: if(false) goto __for_break; goto __for_loop; __for_break:
可以再扩展深一点, 还有一种 api 比 这个goto 还NB. 有机会分享. 特别强大, 是异常处理程序本质.
对于c.
//通过 上一个 scr->pix[scr->width*(idx-1)] => scr->pix[scr->width*idx] //下面的宏 规定 雪花左右摇摆 0 向左一个像素, 1 表示 不变, 2表示向右一个像素 #define _INT_SWING (3) static void __snow_next(struct screen* scr, int idx) { int width = scr->width; char* psnow = scr->pix + width*(idx - 1); char* snow = psnow + width; int i, j, t; // i索引, j保存下一个瞬间雪花的位置,t 临时补得,解决雪花重叠问题 //为当前行重置 memset(snow, 0, width); //通过上一次雪花位置 计算下一次雪花位置 for (i = 0; i<width; ++i) { for (t = psnow[i]; t>0; --t) { // 雪花可以重叠 // rand()%_INT_SWING - 1 表示 雪花 横轴的偏移量,相对上一次位置 j = i + rand() % _INT_SWING - 1; j = j<0 ? width - 1 : j >= width ? 0 : j; // j如果越界了,左边越界让它到右边,右边越界到左边 ++snow[j]; } } }
下一行雪花 依赖 上一行雪花, 这里 有点像插入排序.
整体的绘制代码 如下
/** * 屏幕绘制函数,主要生成一个雪花效果 * * struct screen* : 屏幕数据 * return : 0表示可以绘制了,1表示图案不变 */ int screen_draw_snow(struct screen* scr) { // 静态变量,默认初始化为0,每次都共用 static int __speed = 0; int idx; if (++__speed != _INT_VSNOW) return 1; //下面 就是 到了雪花飘落的时刻了 既 __speed == _INT_VSNOW __speed = 0; //这里重新构建雪花界面,先构建头部,再从尾部开始构建 for (idx = scr->height - 1; idx > 0; --idx) __snow_next(scr, idx); //构建头部 __snow_head(scr->pix, scr->width); return 0; }
绘制了一个屏幕对象的雪花. __speed 记录 绘制次数, _INT_VSNOW 控制绘制速率
d 的实现代码 如下
首先实现一个 销毁屏幕代码和 绘制代码
//buf 保存scr 中pix 数据,构建后为 (width+1)*height, 后面宏是雪花图案 #define _CHAR_SNOW '*' static void __flash_snow_buffer(struct screen* scr, char* buf) { int i, j, rt; int height = scr->height, width = scr->width; int frate = scr->frate; //刷新的帧频率 //每次都等一下 for (;;sleep_ms(frate)) { //开始绘制屏幕 rt = screen_draw_snow(scr); if (rt) continue; for (i = 0;i<height; ++i) { char* snow = scr->pix + i*width; for (j = 0; j<width; ++j) buf[rt++] = snow[j] ? _CHAR_SNOW : ' '; buf[rt++] = ' '; } buf[rt - 1] = ' '; //正式绘制到屏幕上 puts(buf); //清空老屏幕,屏幕光标回到最上面 __curup(height); } } #undef _CHAR_SNOW
这里 sleep_ms(frate); 是等待时间,否则太快, 人眼看不见.
绘制原理是 让屏幕转成控制台能够认识的字符. 塞入到buf 中.
__curup(height); 让绘制光标回到开头.
后面还有一段 代码实现
/** * 屏幕绘制动画效果, 绘制雪花动画 * * struct screen* : 屏幕结构指针 */ void screen_flash_snow(struct screen* scr) { char* buf = NULL; // 初始化随机数种子,改变雪花轨迹 srand((unsigned)time(NULL)); buf = malloc(sizeof(char)*(scr->width + 1)*scr->height); if (NULL == buf) { cerr("[FATAL]Out of memory!"); exit(EXIT_FAILURE); } __flash_snow_buffer(scr, buf); //1.这里理论上不会执行到这,没加控制器. 2.对于buf=NULL,这种代码 可以省掉,看编程习惯 free(buf); buf = NULL; }
这种双函数实现一个功能技巧用的也很多. 例如写快速排序代码, 就是这样.
到这里 我们 设计和实现都完成了.
2.代码效果展示
2.1 window 上展示
使用VS新建一个控制台项目,F5就可以了效果如下
是动态的.
2.2 对于Linux
直接使用
gcc -g -Wall snow.c -o snow.out ./snow.out
运行效果如下
到这里 , C语言实现雪花效果就如上了.
2.3 完整的代码展示. 感谢 有你,一路同行.
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <time.h> /* * 时间 : 2015年12月26日11:43:22 * 描述 : 应该算过节吧,今天,写了个雪花特效 代码, * 送给 大学启蒙 芦老师 * 学生王志 祝福上 * */ /* * 清除屏幕的shell 命令/控制台命令,还有一些依赖平台的实现 * 如果定义了 __GNUC__ 就假定是 使用gcc 编译器,为Linux平台 * 否则 认为是 Window 平台 */ #if defined(__GNUC__) //下面是依赖 Linux 实现 #include <unistd.h> #define sleep_ms(m) usleep(m * 1000) //向上移动光标函数 Linux static void __curup(int height) { int i = -1; while (++i<height) printf(" 33[1A"); //先回到上一行 } #else // 创建等待函数 1s 60 帧 相当于 16.7ms => 1帧, 我们取16ms // 咱么的这屏幕 推荐 1s 25帧吧 40ms // 这里创建等待函数 以毫秒为单位 , 需要依赖操作系统实现 #include <Windows.h> #define sleep_ms(m) Sleep(m) //向上移动光标 static void __curup(int height) { COORD cr = {0,0}; // GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE) 获取屏幕对象， 设置光标 SetConsoleCursorPosition(GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE), cr); } #endif /*__GNUC__ 跨平台的代码都很丑陋 */ // 定义初始屏幕的宽高像素宏 #define _INT_WIDTH (100) #define _INT_HEIGHT (50) // 屏幕刷新帧的速率 #define _INT_FRATE (40) // 雪花飘落的速率,相对于 屏幕刷新帧 的倍数 #define _INT_VSNOW (10) /* * 错误处理宏,msg必须是""括起来的字符串常量 * __FILE__ : 文件全路径 * __func__ : 函数名 * __LINE__ : 行数行 * __VA_ARGS__ : 可变参数宏, * ##表示直接连接, 例如 a##b <=> ab */ #define cerr(msg,...) fprintf(stderr, "[%s:%s:%d]" msg " ",__FILE__,__func__,__LINE__,##__VA_ARGS__); /* * 屏幕结构体, 具有 宽高 * frate : 绘制一帧的周期, 单位是 毫秒 * width : 屏幕的宽,基于窗口的左上角(0,0) * height : 屏幕的高 * pix : 用一维模拟二维 主要结构如下 * 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 * 0 1 0 1 0 1 0 1 2 0 * . . . * => 0表示没像素, 1表示1个像素,2表示2个像素.... */ struct screen { int frate; // 也可以用 unsigned 结构 int width; int height; char *pix; }; /* * 创建一个 屏幕结构指针 返回 * * int frate : 绘制一帧的周期 * int width : 屏幕宽度 * int height : 屏幕高度 * return : 指向屏幕结构的指针 * */ struct screen* screen_create(int frate, int width, int height); /* * 销毁一个 屏幕结构指针, 并为其置空 * struct screen** : 指向 屏幕结构指针的指针, 二级销毁一级的 * */ void screen_destory(struct screen** pscr); /** * 屏幕绘制函数,主要生成一个雪花效果 * * struct screen* : 屏幕数据 * return : 0表示可以绘制了,1表示图案不变 */ int screen_draw_snow(struct screen* scr); /** * 屏幕绘制动画效果, 绘制雪花动画 * * struct screen* : 屏幕结构指针 */ void screen_flash_snow(struct screen* scr); // 主函数,主业务在此运行 int main(int argc, char *argv[]) { struct screen* scr = NULL; //创建一个屏幕对象 scr = screen_create(_INT_FRATE, _INT_WIDTH, _INT_HEIGHT); if (NULL == scr) exit(EXIT_FAILURE); //绘制雪花动画 screen_flash_snow(scr); //销毁这个屏幕对象 screen_destory(&scr); return 0; } /* * 创建一个 屏幕结构指针 返回 * * int frate : 绘制一帧的周期 * int width : 屏幕宽度 * int height : 屏幕高度 * return : 指向屏幕结构的指针 * */ struct screen* screen_create(int frate, int width, int height) { struct screen *scr = NULL; if (frate<0 || width <= 0 || height <= 0) { cerr("[WARNING]check is frate<0 || width<=0 || height<=0 err!"); return NULL; } //后面是 为 scr->pix 分配的内存 width*height scr = malloc(sizeof(struct screen) + sizeof(char)*width*height); if (NULL == scr) { cerr("[FATALG]Out of memory!"); return NULL; } scr->frate = frate; scr->width = width; scr->height = height; //减少malloc次数,malloc消耗很大,内存泄露呀,内存碎片呀 scr->pix = ((char *)scr) + sizeof(struct screen); return scr; } /* * 销毁一个 屏幕结构指针, 并为其置空 * struct screen** : 指向 屏幕结构指针的指针, 二级销毁一级的 * */ void screen_destory(struct screen** pscr) { if (NULL == pscr || NULL == *pscr) return; free(*pscr); // 避免野指针 *pscr = NULL; } //构建开头 的雪花,下面宏表示每 _INT_SHEAD 个步长,一个雪花,需要是2的幂 //static 可以理解为 private, 宏,位操作代码多了确实难读 #define _INT_SHEAD (1<<2) static void __snow_head(char* snow, int len) { int r = 0; //数据需要清空 memset(snow, 0, len); for (;;) { //取余一个技巧 2^3 - 1 = 7 => 111 , 并就是取余数 int t = rand() & (_INT_SHEAD - 1); if (r + t >= len) break; snow[r + t] = 1; r += _INT_SHEAD; } } #undef _INT_SHEAD //通过 上一个 scr->pix[scr->width*(idx-1)] => scr->pix[scr->width*idx] //下面的宏 规定 雪花左右摇摆 0 向左一个像素, 1 表示 不变, 2表示向右一个像素 #define _INT_SWING (3) static void __snow_next(struct screen* scr, int idx) { int width = scr->width; char* psnow = scr->pix + width*(idx - 1); char* snow = psnow + width; int i, j, t; // i索引, j保存下一个瞬间雪花的位置,t 临时补得,解决雪花重叠问题 //为当前行重置 memset(snow, 0, width); //通过上一次雪花位置 计算下一次雪花位置 for (i = 0; i<width; ++i) { for (t = psnow[i]; t>0; --t) { // 雪花可以重叠 // rand()%_INT_SWING - 1 表示 雪花 横轴的偏移量,相对上一次位置 j = i + rand() % _INT_SWING - 1; j = j<0 ? width - 1 : j >= width ? 0 : j; // j如果越界了,左边越界让它到右边,右边越界到左边 ++snow[j]; } } } /** * 屏幕绘制函数,主要生成一个雪花效果 * * struct screen* : 屏幕数据 * return : 0表示可以绘制了,1表示图案不变 */ int screen_draw_snow(struct screen* scr) { // 静态变量,默认初始化为0,每次都共用 static int __speed = 0; int idx; if (++__speed != _INT_VSNOW) return 1; //下面 就是 到了雪花飘落的时刻了 既 __speed == _INT_VSNOW __speed = 0; //这里重新构建雪花界面,先构建头部,再从尾部开始构建 for (idx = scr->height - 1; idx > 0; --idx) __snow_next(scr, idx); //构建头部 __snow_head(scr->pix, scr->width); return 0; } //buf 保存scr 中pix 数据,构建后为 (width+1)*height, 后面宏是雪花图案 #define _CHAR_SNOW '*' static void __flash_snow_buffer(struct screen* scr, char* buf) { int i, j, rt; int height = scr->height, width = scr->width; int frate = scr->frate; //刷新的帧频率 //每次都等一下 for (;;sleep_ms(frate)) { //开始绘制屏幕 rt = screen_draw_snow(scr); if (rt) continue; for (i = 0;i<height; ++i) { char* snow = scr->pix + i*width; for (j = 0; j<width; ++j) buf[rt++] = snow[j] ? _CHAR_SNOW : ' '; buf[rt++] = ' '; } buf[rt - 1] = ' '; //正式绘制到屏幕上 puts(buf); //清空老屏幕,屏幕光标回到最上面 __curup(height); } } #undef _CHAR_SNOW /** * 屏幕绘制动画效果, 绘制雪花动画 * * struct screen* : 屏幕结构指针 */ void screen_flash_snow(struct screen* scr) { char* buf = NULL; // 初始化随机数种子,改变雪花轨迹 srand((unsigned)time(NULL)); buf = malloc(sizeof(char)*(scr->width + 1)*scr->height); if (NULL == buf) { cerr("[FATAL]Out of memory!"); exit(EXIT_FAILURE); } __flash_snow_buffer(scr, buf); //1.这里理论上不会执行到这,没加控制器. 2.对于buf=NULL,这种代码 可以省掉,看编程习惯 free(buf); buf = NULL; }
后记
到这里就结束了,这次分享的比较简单,有兴趣的同学可以 看看, 推荐写一遍. 代码看不懂的时候,多歇歇,看得懂的时候,多写写,
就有套路了. 欢迎吐槽. 错误是在所难免的.
这个冬天,雪花很美,(。⌒∇⌒)