C语言与VT100控制码编程

                            C语言与VT100控制码编程

声明:
    . 如果您打算阅读本文,希望您已经了解过C语言的基本语法,本文不对C语言的基本语法进行说明,因为那些东西几乎唾手可得;
    . 本文在vim中编辑,请尽量是用vim进行阅读,因为有不对齐的现象;
    . 本人强烈建议您先编译,运行本文最后提供的sinDemo源代码,再看本文的正文,因为您看了运行效果,您就知道本人为什么要写这篇文章;

                  \\\\\\\\\\\\--*目录*--///////////
                  |  一. 需求背景                 |
                  |  二. VT100控制码是什么        |
                  |  三. sin函数动态图sinDemo示例 |
                  \\\\\\\\\\\\\\\\\////////////////

一. 需求背景
    以前很长时间里,打开Ubuntu的终端,使用会产生动态效果的shell命令(如top)让我觉得不可思议,于是很多时候也希望自己的程序也能那样动起来,但由于自己的知识面的原因,不知道的东西太多:
    . 如何改变字符输出的位置?
    . 如何改变前景色,背景色?
    . 最重要的是,查资料时用什么关键字查也不知道?
    当然,也许有人会说,去问人,可问题是我也不知道怎么去描述我的需求,更不知道谁知道这玩意.那时候觉这是一件挺难的事,于是我开始凭着感觉是用不同的关键字百度,最后是通过python找到tput,然后通过tput找到VT100码,因为时间已经过去挺久了,具体的经过也基本上忘记了.  :)
    在使用了一段时间的VT100码以后,我发现,我们学C语言的时候,就应该学会配合使用VT100码,因为这样你可以在黑白的终端世界里做出很酷的东西,比如俄罗斯方块,贪吃蛇等等,还有其他的一些经典的动画效果,个人觉得早期开发游戏的那些人,也许就是这么干的,本文的Demo提供了一个生成sin函数的动画效果.
    本人也使用VT100码实现了在终端绘制方框,填充方框,使用不同的字符绘制直线,等等内容,并且把这些做成了一个库供自己使用.其实shell命令里的tput也是这么做,Ncurses的底层也是这么干,只不过貌似他们做得比我好,考虑得更周到.   :)

二. VT100控制码是什么
    VT100是一个终端类型定义,VT100控制码是用来在终端扩展显示的代码.比如在终端上任意坐标用不同的颜色显示字符.所有的控制符是'\033'(033是八进制的数,十进制对应的是27,即ESC的ASCII码,如果需要查看,可以使用shell命令:man ascii)开头.用输出字符语句来输出,在C程序中用printf来输出VT100的控制字符.
    . VT100 控制码归类如下。
       \[0m              取消之前所有属性
       \[1m              设置高亮度
       \[4m              下划线
       \[5m              闪烁
       \[7m              反显
       \[8m              消隐
       \[30m -- \[37m 设置前景色 |------------+
       \[40m -- \[47m 设置背景色 |------------+
       \[nA              光标上移 n 行           |
       \[nB              光标下移 n 行           |
       \[nC              光标右移 n 行           |
       \[nD              光标左移 n 行           |
       \[y;xH            设置光标位置            |
       \[2J              清屏                    |
       \[K               清除从光标到行尾的内容  |
       \[s               保存光标位置            |
       \[u               恢复光标位置            |
       \[?25l            隐藏光标                |
       \[?25h            显示光标                |
                                                    V
             +------<----------------------------<--+
             |
             V
    . VT100 的颜色输出分为,前景色和背景色可以分别输出,如果不需要之前所有的设置可以用\[0m取消。
        . 字背景颜色范围:----
            :黑
            :深红
            :绿
            :黄色
            :蓝色
            :紫色
            :深绿
            :白色
         . 字前景颜色范围:----
            :黑
            :红
            :绿
            :黄
            :蓝色
            :紫色
            :深绿
            :白色
    . 输出一个字符串( something here )有前景色和背景色代码如下:
          printf("\033[41;36m something here \033[0m");

三. sin函数动态图sinDemo示例
    . 示例终端输出一屏图像:
                               | SinDemo |

            --------------------+------@--------------> Y
                                |----------*
                                |---------------*
                                |------------------*
                                |------------------*
                                |------------------*
                                |---------------*
                                |----------*
                                |-----*
                                *
                          *-----|
                     *----------|
                *---------------|
             *------------------|
             *------------------|
             *------------------|
                *---------------|
                     *----------|
                          *-----|
                                *
                                V X
    . sinDemo源代码:

 /******************************************************************
  *                        sinDemo
  *
  *   1. 本Demo主要目标是为了实现在终端下实现sin函数的动态效果;
  *   2. 本Demo之前是使用shell tput和C语言实现的,这次将其改为
  *       C语言+VT100控制码的形式;
  *
  *                              2015-3-27 阴 深圳  曾剑峰
  *
  *****************************************************************/
 #include <stdio.h>
 #include <math.h>
 #include <unistd.h>

 /**
  * 定义圆周率的值
  */
 #define PI  3.14
 /**
  * 本Demo中假设sin曲线周期为20,幅值也是20,幅值分正负幅值,
  * 所以后面的很多地方有SIN_AMPLITUDE*2,也就是Y轴方向上的值.
  */
 #define SIN_AMPLITUDE  20
 /**
  * 定义每次刷新图形时间间隔为100ms
  */
 #define DELAY_TIME  100000
 /**
  * 定义圆的一周角度为360度
  */
 #define TRIANGLE  360.0
 /**
  * 输出的时候,数字行放在哪一行,也就是输出图形中的这行数字:
  *   0123456789012345678901234567890123456789
  * 本Demo中把上面这行数字放在界面的第3行
  */
 #define Y_NUMBER_BEGIN_LINE  3
 /**
  * 在本Demo中,图形就在上面数字行的下一行,也就是输出图形中如下面的内容:
  *     0000    --------------------@--------------------> Y
  *     0001                        |-----*
  *     0002                        |----------*
  *     0003                        |---------------*
  *     0004                        |------------------*
  *     0005                        |------------------*
  *     0006                        |------------------*
  *     0007                        |---------------*
  *     0008                        |----------*
  *     0009                        |-----*
  *     0010                        *
  *     0011                  *-----|
  *     0012             *----------|
  *     0013        *---------------|
  *     0014     *------------------|
  *     0015     *------------------|
  *     0016     *------------------|
  *     0017        *---------------|
  *     0018             *----------|
  *     0019                  *-----|
  *     0020                        V X
  */
 #define SIN_GRAPH_BEGIN_LINE (Y_NUMBER_BEGIN_LINE+1)

 int main(int argc, char* argv[]){

     /**
      * 局部变量说明:
      *     1. i                 : 主要用于循环计算;
      *     2. lineNumber        : 用于保存行号;
      *     3. offsetCenter      : 用于保存sin曲线上的点的相对于中心轴的偏移;
      *     4. nextInitAngle     : 保存下一屏要输出图形的初始角度制角度(如30度);
      *     5. currentInitAngle  : 当前一屏要输出的图形的初始角度制角度(如30度);
      *     6. currentInitradian : 当前一屏要输出的图形的初始弧度制弧度(如PI/6)
      *                            根据currentInitAngle换算而来,因为sin函数需要
      *                            角度制进行求值;
      *
      */
     int    i                   = ;
     int    lineNumber          = ;
     int    offsetCenter        = ;
     int    nextInitAngle       = ;
     double currentInitAngle    = ;
     double currentInitradian   = ;    

     //软件开始运行,清一次屏,保证屏幕上没有无关内容
     printf("\033[2J");

     //输出标题,因为这个软件名字叫: SinDemo
     printf("\033[1;1H                       | SinDemo |\t");

     /**
      * 这里主要是完成那一行重复的0-9,SIN_AMPLITUDE*2是因为sin曲线的
      * 最高点和最低点是2倍的幅值
      */
     printf("\033[%d;1H\t", Y_NUMBER_BEGIN_LINE);
     for (i = ; i < SIN_AMPLITUDE*; i++)
         printf("%d", i%);
     printf("\n");

     /**
      * while循环主要完成内容:
      *     1. 每次循环对局部变量重新初始化;
      *     2. 将下一屏图形的初始角度赋值给当前的图形初始角;
      *     3. 将下一屏图形的初始角度加上间隔角度(TRIANGLE/SIN_AMPLITUDE),
      *        TRIANGLE/SIN_AMPLITUDE在本Demo中是360/20=18度,就相当于X轴
      *        每格代表18度
      *     2. 调整光标到固定的位置;
      *     3. 重新绘制整屏图形;
      */
     while(){

         //重新初始化局部变量,因为每一屏图形都像一个新的开始
         i                  = ;
         offsetCenter       = ;
         lineNumber         = ;
         currentInitradian  = ;     

         //从nextInitAngle中获取当前的初始化角度
         currentInitAngle   =  nextInitAngle;

         //为下一次循环提供下一次的初始化角度
         nextInitAngle     += TRIANGLE/SIN_AMPLITUDE;  

         //将光标移动到开始绘图的位置去
         printf("\033[%d;1H", SIN_GRAPH_BEGIN_LINE);

         /**
          * 根据不同的情况绘制图形, 每一次循环,就是绘制了图形中的一行
          */
         while(){
             //判断是不是最后一行,lineNumber起始行是从0开始
             if(lineNumber == SIN_AMPLITUDE){
                 //打印最后一行前面的数字行号
                 printf("\033[%d;1H%04d\t", lineNumber+SIN_GRAPH_BEGIN_LINE, lineNumber);
                 for (i = ; i < SIN_AMPLITUDE*; i++)
                     /**
                      * 判断是否到达中间位置,因为中间位置要放V的箭头,同时在旁边输出一个X,
                      * 代表这是X轴方向.
                      */
                     i == SIN_AMPLITUDE ? printf("V X") : printf(" ");
                 break;
             }

             /**
              * 对currentInitAngle角度进行修整,比如370度和10度是对应相同的sin值
              * 其实这一步可以不用,但是这里保留了,后面是将currentInitAngle角度制的值
              * 换算成对应的弧度制的值,便于sin求值.
              */
             currentInitAngle = ((int)currentInitAngle)%((int)TRIANGLE);
             currentInitradian = currentInitAngle/(TRIANGLE/)*PI;    

             /**
              * 算出当前次currentInitradian对应的sin值,并乘以幅值SIN_AMPLITUDE,获取sin曲线
              * 在Y轴上相对于中心轴的偏移offsetCenter,offsetCenter可能是正值,也可能是负值,
              * 因为中心轴在中间.
              */
             offsetCenter = (int)(sin(currentInitradian)*SIN_AMPLITUDE);                

             /**
              * 在正确的地方输出正确的行号   :)
              */
             printf("\033[%d;1H%04d", lineNumber+SIN_GRAPH_BEGIN_LINE, lineNumber);

             //用一个制表符,给出行号与图形的空间距离
             printf("\t");

             /**
              * 第一行,和其他的行不一样,有区别,输出结果如下:
              * 0000    ------------@-------+--------------------> Y
              */
             if(lineNumber == ){
                 for (i = ; i < SIN_AMPLITUDE*; i++){
                     /**
                      * 判断当前输出的字符位置是否是X,Y轴交叉的位置,如果是就输出'+',
                      * 不是就输出'-'
                      */
                     i == SIN_AMPLITUDE ? printf("+") : printf("-");
                     /**
                      * 判断当前输出的字符位置是否是sin曲线上的点对应的位置,
                      * 如果是就输出'@'
                      */
                     if(i == offsetCenter+SIN_AMPLITUDE)
                         printf("@");
                 }
                 //代表这个方向是Y轴
                 printf("-> Y\n");
             } else {
                 for (i = ; i < SIN_AMPLITUDE*; i++){
                     //判断当前输出的字符位置是否是sin曲线上的点对应的位置,如果是就输出'*'
                     if(i == (offsetCenter+SIN_AMPLITUDE)){
                         printf("*");
                     //判断当前输出的字符位置是否是X轴上对应的位置,如果是就输出'|'
                     }else if(i == SIN_AMPLITUDE){
                         printf("|");
                     }else{
                         /**
                          * 这里主要是要处理一行里面除了画'*'、'|'、之外的'-'、' '
                          * 其中的SIN_AMPLITUDE到SIN_AMPLITUDE+offsetCenter正好就是需要输出'-'的地方
                          * 其他的地方输出' '
                          */
                         (((i > SIN_AMPLITUDE) && (i < SIN_AMPLITUDE+offsetCenter)) || \
                             ((i < SIN_AMPLITUDE) && (i > SIN_AMPLITUDE+offsetCenter))) \
                                 ? printf("-") : printf(" ");
                     }
                     //行尾,输出换行符
                     if(i == (SIN_AMPLITUDE*-))
                         printf("\n");
                 }
             }

             /**
              * 一行输出完成,为下一行输出作准备,下一行比上一行在角度上多加TRIANGLE/SIN_AMPLITUDE,
              * 在本Demo中相当于360/20=18,也就是加18度.
              */
             currentInitAngle += TRIANGLE/SIN_AMPLITUDE;      

             //行号加1
             lineNumber++;
         }
         /**
          * 一屏图像输出完毕,最后输出一个换行符,并且延时一段时间再开始绘制下一屏图形
          */
         printf("\n");
         usleep(DELAY_TIME);
     }

     return ;
 }