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ncurses 入门指南

2018-02-16 00:20       

怎样使用 curses 来绘制终端屏幕?

虽然图形界面非常酷,但是不是所有的程序都需要点击式的界面。例如,令人尊敬的 Vi 编辑器在第一个 GUI 出现之前在纯文本终端运行了很久。

Vi 编辑器是一个在“文本”模式下绘制的面向屏幕screen-oriented程序的例子。它使用了一个叫 curses 的库。这个库提供了一系列的编程接口来操纵终端屏幕。curses 库产生于 BSD UNIX,但是 Linux 系统通过 ncurses 库提供这个功能。

[要了解 ncurses “过去曾引起的风暴”,参见 ncurses: Portable Screen-Handling for Linux, September 1, 1995, by Eric S. Raymond.]

使用 curses 创建程序实际上非常简单。在这个文章中,我展示了一个利用 curses 来在终端屏幕上绘图的示例程序。

谢尔宾斯基三角形

简单展示一些 curses 函数的一个方法是生成谢尔宾斯基三角形Sierpinski's Triangle。如果你对生成谢尔宾斯基三角形的这种方法不熟悉的话,这里是一些产生谢尔宾斯基三角形的规则:

  1. 设置定义三角形的三个点。
  2. 随机选择任意的一个点 (x,y)

然后:

  1. 在三角形的顶点中随机选择一个点。
  2. 将新的 x,y 设置为先前的 x,y 和三角顶点的中间点。
  3. 重复(上述步骤)。

所以我按照这些指令写了这个程序,程序使用 curses 函数来向终端屏幕绘制谢尔宾斯基三角形:

/* triangle.c */

#include <curses.h>
#include <stdlib.h>

#include "getrandom_int.h"

#define ITERMAX 10000

int main(void)
{
  long iter;
  int yi, xi;
  int y[3], x[3];
  int index;
  int maxlines, maxcols;

  /* initialize curses */

  initscr();
  cbreak();
  noecho();

  clear();

  /* initialize triangle */

  maxlines = LINES - 1;
  maxcols = COLS - 1;

  y[0] = 0;
  x[0] = 0;

  y[1] = maxlines;
  x[1] = maxcols / 2;

  y[2] = 0;
  x[2] = maxcols;

  mvaddch(y[0], x[0], '0');
  mvaddch(y[1], x[1], '1');
  mvaddch(y[2], x[2], '2');

  /* initialize yi,xi with random values */

  yi = getrandom_int() % maxlines;
  xi = getrandom_int() % maxcols;

  mvaddch(yi, xi, '.');

  /* iterate the triangle */

  for (iter = 0; iter < ITERMAX; iter++) {
      index = getrandom_int() % 3;

      yi = (yi + y[index]) / 2;
      xi = (xi + x[index]) / 2;

      mvaddch(yi, xi, '*');
      refresh();
  }

  /* done */

  mvaddstr(maxlines, 0, "Press any key to quit");

  refresh();

  getch();
  endwin();

  exit(0);
}

让我一边解释一边浏览这个程序。首先,getrandom_int() 函数是我对 Linux 系统调用 getrandom() 的包装器。它保证返回一个正整数(int)值。(LCTT 译注:getrandom() 系统调用按照字节返回随机值到一个变量中,值是随机的,不保证正负,使用 stdlib.hrandom() 函数可以达到同样的效果)另外,按照上面的规则,你应该能够辨认出初始化和迭代谢尔宾斯基三角形的代码。除此之外,我们来看看我用来在终端上绘制三角形的 curses 函数。

大多数 curses 程序以这四条指令开头。 initscr() 函数获取包括大小和特征在内的终端类型,并设置终端支持的 curses 环境。cbreak() 函数禁用行缓冲并设置 curses 每次只接受一个字符。noecho() 函数告诉 curses 不要把输入回显到屏幕上。而 clear() 函数清空了屏幕:

  initscr();
  cbreak();
  noecho();

  clear();

之后程序设置了三个定义三角的顶点。注意这里使用的 LINESCOLS,它们是由 initscr() 来设置的。这些值告诉程序在终端的行数和列数。屏幕坐标从 0 开始,所以屏幕左上角是 00 列。屏幕右下角是 LINES - 1 行,COLS - 1 列。为了便于记忆,我的程序里把这些值分别设为了变量 maxlinesmaxcols

在屏幕上绘制文字的两个简单方法是 addch()addstr() 函数。也可以使用相关的 mvaddch()mvaddstr() 函数可以将字符放到一个特定的屏幕位置。我的程序在很多地方都用到了这些函数。首先程序绘制三个定义三角的点并标记为 '0''1''2'

  mvaddch(y[0], x[0], '0');
  mvaddch(y[1], x[1], '1');
  mvaddch(y[2], x[2], '2');

为了绘制任意的一个初始点,程序做了类似的一个调用:

  mvaddch(yi, xi, '.');

还有为了在谢尔宾斯基三角形递归中绘制连续的点:

      mvaddch(yi, xi, '*');

当程序完成之后,将会在屏幕左下角(在 maxlines 行,0 列)显示一个帮助信息:

  mvaddstr(maxlines, 0, "Press any key to quit");

注意 curses 在内存中维护了一个版本的屏幕显示,并且只有在你要求的时候才会更新这个屏幕,这很重要。特别是当你想要向屏幕显示大量的文字的时候,这样程序会有更好的性能表现。这是因为 curses 只能更新在上次更新之后改变的这部分屏幕。想要让 curses 更新终端屏幕,请使用 refresh() 函数。

在我的示例程序中,我选择在“绘制”每个谢尔宾斯基三角形中的连续点时更新屏幕。通过这样做,用户可以观察三角形中的每次迭代。(LCTT 译注:由于 CPU 太快,迭代过程执行就太快了,所以其实很难直接看到迭代过程)

在退出之前,我使用 getch() 函数等待用户按下一个键。然后我调用 endwin() 函数退出 curses 环境并返回终端程序到一般控制。

  getch();
  endwin();

编译和示例输出

现在你已经有了你的第一个 curses 示例程序,是时候编译运行它了。记住 Linux 操作系统通过 ncurses 库来实现 curses 功能,所以你需要在编译的时候通过 -lncurses来链接——例如:

$ ls
getrandom_int.c  getrandom_int.h  triangle.c

$ gcc -Wall -lncurses -o triangle triangle.c getrandom_int.c

(LCTT 译注:此处命令行有问题,-lncurses 选项在我的 Ubuntu 16.04 系统 + gcc 4.9.3 环境下,必须放在命令行最后,否则找不到库文件,链接时会出现未定义的引用。)

在标准的 80x24 终端运行这个 triangle 程序并没什么意思。在那样的分辨率下你不能看见谢尔宾斯基三角形的很多细节。如果你运行终端窗口并设置非常小的字体大小,你可以更加容易地看到谢尔宾斯基三角形的不规则性质。在我的系统上,输出如图 1。

图 1. triangle 程序的输出

虽然迭代具有随机性,但是每次谢尔宾斯基三角形的运行看起来都会很一致。唯一的不同是最初绘制到屏幕的一些点的位置不同。在这个例子中,你可以看到三角形开始的一个小圆点,在点 1 附近。看起来程序接下来选择了点 2,然后你可以看到在圆点和“2”之间的星号。并且看起来程序随机选择了点 2 作为下一个随机数,因为你可以看到在第一个星号和“2”之间的星号。从这里开始,就不能继续分辨三角形是怎样被画出来的了,因为所有的连续点都属于三角形区域。

开始学习 ncurses

这个程序是一个怎样使用 curses 函数绘制字符到屏幕的简单例子。按照你的程序的需要,你可以通过 curses 做得更多。在下一篇文章中,我将会展示怎样使用 curses 让用户和屏幕交互。如果你对于学习 curses 有兴趣,我建议你去读位于 Linux 文档计划Linux Documentation Project的 Pradeep Padala 写的 NCURSES Programming HOWTO

关于作者

Jim Hall 是一个自由及开源软件的倡议者,他最有名的工作是 FreeDOS 计划,也同样致力于开源软件的可用性。Jim 是在明尼苏达州的拉姆齐县的首席信息官。


via: http://www.linuxjournal.com/content/getting-started-ncurses

作者:Jim Hall 译者:leemeans 校对:wxy

本文由 LCTT 原创编译,Linux中国 荣誉推出

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leemeans 🌟 🌟
共计翻译: 5 篇 | 共计贡献: 22
贡献时间:2018-02-02 -> 2018-02-23
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