蛙蛙推薦：C語言入門之二——編寫第一個有意義的小程序
簡介
上次配置好了linux+vim+gcc以及寫了一個HelloWorld級別的示例程序，這次寫一個稍微有意義的程序，在寫這個小程序的過程中，我們快速的對C語言有一個大致的了解，SICP里指出，要學一門語言，要注意3個方面，一是這個語言提供了哪些Primitive，如數據類型，表達式，語句；二是提供了哪些組合規則，三是提供了哪些抽象機制，我們學C的時候也有意識的留意一下。
需求分析
同事們中午一般都一起出去吃午飯，AA制，但每次吃飯都現場算錢的話，比較麻煩，不如一人付一次，輪換著付錢，最終付的錢還是均勻的。但有的時候今天吃的多，明天吃的少，而且有的人今天來了，明天沒來，所以要有個記賬的軟件，要記錄下哪天都有誰去吃飯了，花了多少錢，打了多少折扣，當天是誰付的款，然后程序能自動算出來，誰付款付的多，誰付款付的少，付款付的最少的今天就主動付款。（大家可以了解下www.5dfantuan.com）
我定義了一個文件格式，每個字段用"|"分隔，從左到右每列一次是吃飯日期，總消費金額，折扣，吃飯的人，付款人和付款金額。其中吃飯的人用逗號分隔，付款記錄也用逗號分隔，每個付款記錄用冒號分隔開付款人和付款金額。
2010-9-11|102|0.8|a,b,c,d,e|b:100,c:50
比如以上的輸入文件input.txt，9月10日花了83塊錢，打了0.8折是66.4元，有4個人吃飯，分別是a,b,c,d，人均消費是66.4/4=16.6元，當天a和b各充了100元，那么今天a和b的余額就是100-16.6=83.4元，而c和d沒付錢，余額就是-16.6元，下次就應該讓他倆出錢。
數據結構定義
我們先進行數據結構的定義，在C里定義數據一般用struct來定義，c的struct不能定義函數（能定義函數指針），只能定義數據成員，而且不是原生支持的數據類型，使用類型的時候要加struct前綴。
我們定義兩個常量，MAX_RECORD_COUNT定義input.txt里最大的記錄數（一行一個記錄），因為C里要自己管理內存，分配數據等要考慮個最大值，不像c#里有ArrayList這樣自動擴大的類，所以我們聲明列表類型的數據一般用數組，數組要給定一個最大長度。MAX_ARRAY_COUNT，這個定義普通字符串的最大長度，如輸入文件里各個字段的長度都不能超過這個長度。
data_structure.h
#define MAX_ARRAY_COUNT 15
struct people
{
char name[MAX_ARRAY_COUNT];
};
struct pay_record
{
struct people person;
double amount;
};
struct account_record
{
char date[MAX_ARRAY_COUNT];
double discount;
struct people person[MAX_ARRAY_COUNT];
int people_count;
struct pay_record payrecord[MAX_ARRAY_COUNT];
int pay_record_count;
int total_consumption;
};
struct account_record_list
{
struct account_record records[MAX_RECORD_COUNT];
int count;
};
struct person_consumption
{
char name[MAX_ARRAY_COUNT];
double consumption;
};
struct person_consumption_list
{
struct person_consumption persons[MAX_ARRAY_COUNT];
int count;
};
如上，我們用struct account_record來表示一天的記賬記錄，account_record_list表示多條這樣的記錄，我們的命名規則就是表示多條數據類的結構后綴名加_list，并有一個count的成員表示有效數據的長度。struct account_record里各個成員分別對應輸入文件里的各個字段，比如struct people其實就是一個長度為15的字符數組，person_consumption表示每個人的余額。這里盡量不用typeof是因為那樣有些亂。
在這里我們用到了各種數據類型的定義，如單個值int,double,一維數組，結構定義等。
接口設計
定義好了數據，就該定義操作這些數據的函數了，我們先從上層來分析都需要哪些模塊，模塊之間的依賴關系，以及模塊里有哪些操作。首先因為我們定義了一個輸入文件，就應該有一個模塊來讀取這個文件，并構建成內存里的消費記錄，付款記錄等對象，該模塊就叫readinput吧。另外內存里有了消費記錄，付款記錄這些對象，就需要處理它們，計算出每個人的余額，某天的人均消費等，我們把這個模塊叫record_handler，最后我們要有個主模塊調用這兩個模塊，組合成最終的業務邏輯，并顯示給用戶，這個模塊就叫main吧。
readinput.h
該模塊對外只提供一個方法read_input，返回一個消費記錄列表類，其內部實現的私有函數不需要寫在頭文件里，因為沒人用它，這也算起到了封裝的作用，因為具體該函數的實現類是readinput.c，該文件最終會編譯成一個.o文件，別人要想用該模塊的功能的話，只要有readinput.o和readinput.h就行了，一般會把.o放到lib目錄下，.h放到include目錄下。
record_handler.h
const char *name,double money);
void print_person_consumption_list(const struct person_consumption_list list);
double calc_avg_consumption(double total, int person_count, double discount);
該模塊定義了對消費記錄的處理，edit_person_consumption用來修改消費記錄，比如某人吃飯消費了多少錢，某人付了多少錢，都調用它來計算出各個人的余額。print_person_consumption_list用來打印出每個人的余額，誰是正的余額，誰是負的余額，calc_avg_consumption用來根據總金額，折扣數和吃飯的人數計算出人均消費數。
我們在設計模塊時要盡量讓模塊的職責清晰，做到高內聚，盡量少的使用別的模塊的功能，并盡量讓很多的模塊使用自己，還要考慮清楚模塊之間的調用關系。
Main模塊不需要.h頭，它是一個驅動模塊，用來調用其它兩個模塊，完成整體的功能，不對外提供接口，但要實現一個main的入口函數。
主函數的實現
每個可執行程序都要有一個main的方法，我們在main模塊里定義，在使用前，先要用include來聲明你都依賴哪些模塊，只需要包含該模塊的頭文件就可以，尖括號括的是系統的頭文件，會在/usr/include/下查找，引號括住的是自己的頭文件，會在當前目錄下查找。
代碼
#include "data_structure.h"
#include "readinput.h"
#include "record_handler.h"
void print_account_record_list(const struct account_record_list list);
struct person_consumption_list handler_account_record_list(
const struct account_record_list list);
int main()
{
struct account_record_list list ;
list = read_input();
print_account_record_list(list);
struct person_consumption_list consumption_list =
handler_account_record_list(list);
print_person_consumption_list(consumption_list);
return 0;
}
接下來我們聲明兩個main函數要用到的兩個私有函數，因為c里要使用函數要先聲明，否則你就只能用你這個函數上面定義的函數，我們在這里先聲明兩個私有函數的原型，print_account_record_list來打印出每條消費記錄的細節，handler_account_record_list用來處理整個記錄列表。在這里看到list參數有個const的修飾，該關鍵字可以保證調用的函數不會修改你的傳入的變量，因為這兩個方法一個用來打印，一個用來當作輸入源計算一些值，從語義上來說就不應該會去修改該參數，所以我們加了const。c里使用并深入理解const關鍵字是老鳥和新手的一個標志，大家可以查查相關資料。
main主函數一般都返回int，其中函數定義里可以省略掉int，默認就是int，里面的邏輯也很簡單，讀取消費記錄，打印消費記錄，處理消費記錄得到每個人的余額狀況，打印每個人的余額狀況，邏輯非常清晰，下面就是每個子函數的具體實現了。
下面這個私有函數用來處理消費記錄，遍歷每天的消費和充值記錄，并修改每人的余額記錄，邏輯也很清晰，很好的調用了record_handler模塊提供的功能，使該函數的簡單明了，職責明確。
代碼
const struct account_record_list list)
{
struct person_consumption_list consumption_list;
consumption_list.count = 0;
int i = 0, j = 0;
for(i = 0; i < list.count; i++)
{
struct account_record record = list.records[i];
double average_consumption =
calc_avg_consumption(
record.total_consumption,
record.people_count,
record.discount);
for(j = 0; j < record.people_count; j++)
{
edit_person_consumption(&consumption_list,
record.person[j].name,
-average_consumption);
int k =0;
}
for(j = 0; j< record.pay_record_count; j++)
{
edit_person_consumption(&consumption_list,
record.payrecord[j].person.name,
record.payrecord[j].amount);
}
}
return consumption_list;
}
讀取記賬文件
我們會用到IO,字符串以及一些字符串和數值轉換的函數，所以先包含這些頭文件。
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "data_structure.h"
C的編譯器比較傻，有的時候你不包含頭文件也能編譯，但運行時會給個錯誤記錄，比如atof是在stdlib.h里定義的，你不包含它也能編譯，但你printf("%f",atof("0.8"));它會給你顯示0.0，你包含了就沒事了，這個太無語了，在c#里你不引用dll就使用人家的方法，編譯肯定出錯，在C里卻什么事都可能發生，所以最好把自己以前學的編程知識先扔到一邊，當個編程初學者來學習C，感覺c比javascript還詭異。
struct account_record_list read_input()是一個比較大的函數，我們分開來看，先看變量定義部分，在C的函數里，變量定義要放在最前面，我們這里定義了fp一個文件類型指針，其中文件操作用c的標準庫函數fopen,fclose操作，大家看下c手冊就知道用法，這里是用只讀方式打開，如果不存在則拋錯。
代碼
if((fp=fopen("input.txt","rt")) == NULL)
{
printf("cannot open input.txt");
getchar();
exit(1);
}
int i = 0;
enum read_state {
state_default,
state_date,
state_consumption,
state_discount,
state_person,
state_payrecord
} state;
state = state_date;
struct account_record_list result;
result.count = 0;
struct account_record *p_record = result.records;
char temp_buffer[512];
memset(temp_buffer, ’\0’, 512);
char *p_temp_buffer = temp_buffer;
char ch = fgetc(fp);
定義了一個read_state的枚舉，在定義枚舉的時候一般第一個成員定義成default，表示一種無效或者默認的狀態，c里的枚舉不能用xxx.yyy來訪問，只能用yyy來訪問，跟常量一樣，所以我們定義成員的時候加上一個state_前綴，這樣在使用的時候就知道是個枚舉了。
下面還定義了要返回的account_record_list result，因為在棧上聲明的變量沒人給初始化，所以result.count我們要人工設置為0，p_record是指向result.records的指針，它是一個指向數組的指針，這樣可以用p_record++來依次對每個記錄賦值，而不需要像用下標訪問那樣得知道下標值，再一個就是指針可以提高一點性能。
temp_buffer是定義的一個臨時緩沖區，因為我們解析輸入文件，肯定要對原文件進行一些分隔等，所以要用臨時緩存區保存臨時結果。同理，這里生成的字符數組也沒人給初始化，我們用memset來把每個字節都初始化成'\0'。最后也用一個p_temp_buffer指針來指向臨時緩沖區，指針我們就以p_做前綴，這樣能看出來。
接下來是對輸入文件的解析，我們要盡量保證函數的短小，所以這里的邏輯只是按分隔符找出每個字段，具體每個字段的解析又調用了各個set_xxx的函數。
代碼
while (ch != EOF)
{
if(result.count > MAX_RECORD_COUNT)
{
printf("max record count");
break;
}
if(ch != '|' && ch != '\n'){
*(p_temp_buffer++) = ch;
}
else{
*(p_temp_buffer++) = '\0';
switch(state)
{
case state_date:
set_date(p_record,temp_buffer);
state = state_consumption;
break;
case state_consumption:
set_consumption(p_record,temp_buffer);
state = state_discount;
break;
case state_discount:
set_discount(p_record,temp_buffer);
state = state_person;
break;
case state_person:
set_person(p_record,temp_buffer);
state = state_payrecord;
break;
case state_payrecord:
set_payrecord(p_record,temp_buffer);
state = state_default;
break;
default:
printf("state is error");
break;
}
memset(temp_buffer, 0, 512);
p_temp_buffer = temp_buffer;
}
if(ch == '\n'){
result.count++;
p_record++;
memset(temp_buffer, 0, 512);
p_temp_buffer = temp_buffer;
state = state_date;
}
putchar(ch);
ch = fgetc(fp);
}
fclose(fp);
return result;
這些邏輯性的東西就沒什么說的了，逐個讀取每個字符，如果遇到分隔符|或者\n就把這段字符放入緩沖區，并傳給set_xxx來處理，注意每次set_xxx后要重置緩沖區的內容，以及讓緩沖區指針指向起始位置。這里讀取完某個字段后要把讀取狀態修改成下一個狀態，這也是簡單的狀態機的應用，在字符串解析方面用的很廣。
最后記著要fclose文件，否則會資源泄漏，像那些成對出現的api要時刻記著配平資源，比如foepn,fclose,malloc,free這種，少半拉的話，一般就會引起資源泄漏問題。
我們在看一個set_xxx方法，對付款記錄的解析是最復雜的，我們就看這個，付款記錄字段格式是先用逗號分隔每個人的付款記錄，再用冒號分隔付款人和付款金額。在c里有個strtok的函數，類似split，可以把一個字符串分隔成多個子串，這里也用到了臨時緩沖區，把傳入的只讀字符串用strncpy拷貝到臨時緩沖區里再做處理，strncpy比strcpy安全，因為后者拷貝時會一直拷貝，直到遇到\0為止，前者可以指定最多拷貝多少個字符。
代碼
char temp_buffer[512];
memset(temp_buffer, 0, 512);
strncpy(temp_buffer, buff, 512*sizeof(char));
char c[MAX_ARRAY_COUNT][2*MAX_ARRAY_COUNT] = {{'\0'}};
char (*pc)[2*MAX_ARRAY_COUNT] = c;
char *p = strtok(temp_buffer,",");
int paycount= 0;
while(p != NULL)
{
strncpy(*pc++, p, 2*MAX_ARRAY_COUNT*sizeof(char));
p = strtok(NULL,",");
paycount++;
}
struct pay_record *payrecord = record -> payrecord;
int i = 0;
for(i = 0; i < paycount; i++)
{
char *p2 = strtok(c[i],":");
if(p2 == NULL)
{
printf("error:parse payrecord error");
return;
}
struct people person;
strncpy(person.name, p2, MAX_ARRAY_COUNT*sizeof(char));
p2 = strtok(NULL,":");
if(p2 == NULL)
{
printf("error:parse payrecord error");
return;
}
double amount = atof(p2);
payrecord -> person = person;
payrecord -> amount = amount;
payrecord++;
record -> pay_record_count++;
}
}
這里需要一個兩維數組，聲明兩維數組就用char [3][4] 就行，c99里只是聲明數組時直接初始化，用={{'\0'}}就可以把數組都初始化成'\0'，然后雖然這是一個兩位的數組，但要用一維的數組指針去指,如char (*pc)[4]，然后用*pc就能訪問二維數組的每一行了，每一行是個字符數組，可以用strncpy等函數操作。注意strtok不能嵌套使用，所以先用它把逗號分隔的子串放入到二維數組里，然后便利二維數組的每一行，對每一行按冒號分隔取出付款人和付款金額，最后放到內存對象里。
處理記賬記錄
這個模塊比較小，edit_person_consumption用來處理每一筆消費和付款記錄，先看list里有沒有這個人，如果有這個人就直接把金額修改掉，如果沒有，就在list里添加一個人機器消費記錄。這里有個問題折騰了半天，就是我把strcmp寫成strcpy了，編譯也沒問題，但輸出結果讓人很詭異，賦值都亂了，看來這種編譯不出錯，運行時給個錯誤值的問題是最難排查的，拼寫錯誤真是程序員最常見的錯誤呀。剩下兩個函數比較簡單，打印沒人余額記錄和計算人均消費。
代碼
void edit_person_consumption(struct person_consumption_list *list,
const char *name,double money)
{
int i = 0;
int found = -1;
for(i = 0; i < list -> count; i++)
{
if(strcmp(list -> persons[i].name, name) == 0)
{
found = i;
list -> persons[i].consumption += money;
}
}
if(found == -1)
{
int count = list -> count;
strncpy(list -> persons[count].name, name, MAX_ARRAY_COUNT);
list -> persons[count].consumption = money;
list -> count++;
}
}
void print_person_consumption_list(const struct person_consumption_list list)
{
int i;
printf("\n-----consumption details-------\n");
for(i = 0; i < list.count; i++)
{
printf("%s=%0.2f\n",list.persons[i].name,list.persons[i].consumption);
}
}
double calc_avg_consumption(double total,int person_count,double discount)
{
return total * discount / person_count;
}
編譯及測試
上篇帖子簡單介紹過makefile的編寫，以下是該程序的makefile文件，注意換行符和跳格鍵的使用。
代碼
data_structure.h readinput.h record_handler.h\
main.c
gcc main.c -o book readinput.o record_handler.o
readinput.o: data_structure.h readinput.h readinput.c
gcc -c readinput.c
record_handler: data_structure.h record_handler.h record_handler.c
gcc -c record_handler.c
最后輸出一個book的可執行文件，執行./book，輸出以下結果，符合預期
可以看到d負的最多，因為它吃了兩頓都沒付錢，下次吃飯就該他出錢了，而b正的最多，可以連續一周不用付款吃飯了。
代碼
2010-9-11|102|0.8|a,b,c,d,e|b:100,c:50
2010-9-10
discount=0.80
consumption=83
person:
a,b,c,d,
pay_record
a:100.00
b:100.00
2010-9-11
discount=0.80
consumption=102
person:
a,b,c,d,e,
pay_record
b:100.00
c:50.00
-----consumption details-------
a=67.08
b=167.08
c=17.08
d=-32.92
e=-16.32
小節
其實最終的每人余額可以從小到大排個序，可以練習一下冒泡排序和函數指針的使用，不過這也算是一個比較有意義的下程序了，多寫代碼，C的入門也就快了。下次可能給大家分享下如何配置VIM能更快的編寫C程序，工具的熟練程度會大大影響開發效率。
語言，工具等在編程里都是次要矛盾，編程的主要要解決的問題是業務邏輯本身的復雜性，所以要經常寫一些邏輯比較復雜的小程序來提高編程能力，可以迅速提高思維能力，減少出錯的能力，在寫代碼的過程中所犯的錯誤都積累起來，以后就可以一次編寫，直接執行就通過了，編譯和運行都沒有錯誤，推薦下我前段時間寫的練習作品：大家來找錯-自己寫個正則引擎
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