蛙蛙推荐：C语言入门之二——编写第一个有意义的小程序
简介
上次配置好了linux+vim+gcc以及写了一个HelloWorld级别的示例程序，这次写一个稍微有意义的程序，在写这个小程序的过程中，我们快速的对C语言有一个大致的了解，SICP里指出，要学一门语言，要注意3个方面，一是这个语言提供了哪些Primitive，如数据类型，表达式，语句；二是提供了哪些组合规则，三是提供了哪些抽象机制，我们学C的时候也有意识的留意一下。
需求分析
同事们中午一般都一起出去吃午饭，AA制，但每次吃饭都现场算钱的话，比较麻烦，不如一人付一次，轮换着付钱，最终付的钱还是均匀的。但有的时候今天吃的多，明天吃的少，而且有的人今天来了，明天没来，所以要有个记账的软件，要记录下哪天都有谁去吃饭了，花了多少钱，打了多少折扣，当天是谁付的款，然后程序能自动算出来，谁付款付的多，谁付款付的少，付款付的最少的今天就主动付款。（大家可以了解下www.5dfantuan.com）
我定义了一个文件格式，每个字段用"|"分隔，从左到右每列一次是吃饭日期，总消费金额，折扣，吃饭的人，付款人和付款金额。其中吃饭的人用逗号分隔，付款记录也用逗号分隔，每个付款记录用冒号分隔开付款人和付款金额。
2010-9-10|83|0.8|a,b,c,d|a:100,b:100
2010-9-11|102|0.8|a,b,c,d,e|b:100,c:50
比如以上的输入文件input.txt，9月10日花了83块钱，打了0.8折是66.4元，有4个人吃饭，分别是a,b,c,d，人均消费是66.4/4=16.6元，当天a和b各充了100元，那么今天a和b的余额就是100-16.6=83.4元，而c和d没付钱，余额就是-16.6元，下次就应该让他俩出钱。
数据结构定义
我们先进行数据结构的定义，在C里定义数据一般用struct来定义，c的struct不能定义函数（能定义函数指针），只能定义数据成员，而且不是原生支持的数据类型，使用类型的时候要加struct前缀。
我们定义两个常量，MAX_RECORD_COUNT定义input.txt里最大的记录数（一行一个记录），因为C里要自己管理内存，分配数据等要考虑个最大值，不像c#里有ArrayList这样自动扩大的类，所以我们声明列表类型的数据一般用数组，数组要给定一个最大长度。MAX_ARRAY_COUNT，这个定义普通字符串的最大长度，如输入文件里各个字段的长度都不能超过这个长度。
data_structure.h
#define MAX_RECORD_COUNT 10
#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，我们用struct account_record来表示一天的记账记录，account_record_list表示多条这样的记录，我们的命名规则就是表示多条数据类的结构后缀名加_list，并有一个count的成员表示有效数据的长度。struct account_record里各个成员分别对应输入文件里的各个字段，比如struct people其实就是一个长度为15的字符数组，person_consumption表示每个人的余额。这里尽量不用typeof是因为那样有些乱。
在这里我们用到了各种数据类型的定义，如单个值int,double,一维数组，结构定义等。
接口设计
定义好了数据，就该定义操作这些数据的函数了，我们先从上层来分析都需要哪些模块，模块之间的依赖关系，以及模块里有哪些操作。首先因为我们定义了一个输入文件，就应该有一个模块来读取这个文件，并构建成内存里的消费记录，付款记录等对象，该模块就叫readinput吧。另外内存里有了消费记录，付款记录这些对象，就需要处理它们，计算出每个人的余额，某天的人均消费等，我们把这个模块叫record_handler，最后我们要有个主模块调用这两个模块，组合成最终的业务逻辑，并显示给用户，这个模块就叫main吧。
readinput.h
struct account_record_list read_input();
该模块对外只提供一个方法read_input，返回一个消费记录列表类，其内部实现的私有函数不需要写在头文件里，因为没人用它，这也算起到了封装的作用，因为具体该函数的实现类是readinput.c，该文件最终会编译成一个.o文件，别人要想用该模块的功能的话，只要有readinput.o和readinput.h就行了，一般会把.o放到lib目录下，.h放到include目录下。
record_handler.h
void edit_person_consumption(struct person_consumption_list *list,
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);
该模块定义了对消费记录的处理，edit_person_consumption用来修改消费记录，比如某人吃饭消费了多少钱，某人付了多少钱，都调用它来计算出各个人的余额。print_person_consumption_list用来打印出每个人的余额，谁是正的余额，谁是负的余额，calc_avg_consumption用来根据总金额，折扣数和吃饭的人数计算出人均消费数。
我们在设计模块时要尽量让模块的职责清晰，做到高内聚，尽量少的使用别的模块的功能，并尽量让很多的模块使用自己，还要考虑清楚模块之间的调用关系。
Main模块不需要.h头，它是一个驱动模块，用来调用其它两个模块，完成整体的功能，不对外提供接口，但要实现一个main的入口函数。
主函数的实现
每个可执行程序都要有一个main的方法，我们在main模块里定义，在使用前，先要用include来声明你都依赖哪些模块，只需要包含该模块的头文件就可以，尖括号括的是系统的头文件，会在/usr/include/下查找，引号括住的是自己的头文件，会在当前目录下查找。
代码
#include <stdio.h>
#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;
}
接下来我们声明两个main函数要用到的两个私有函数，因为c里要使用函数要先声明，否则你就只能用你这个函数上面定义的函数，我们在这里先声明两个私有函数的原型，print_account_record_list来打印出每条消费记录的细节，handler_account_record_list用来处理整个记录列表。在这里看到list参数有个const的修饰，该关键字可以保证调用的函数不会修改你的传入的变量，因为这两个方法一个用来打印，一个用来当作输入源计算一些值，从语义上来说就不应该会去修改该参数，所以我们加了const。c里使用并深入理解const关键字是老鸟和新手的一个标志，大家可以查查相关资料。
main主函数一般都返回int，其中函数定义里可以省略掉int，默认就是int，里面的逻辑也很简单，读取消费记录，打印消费记录，处理消费记录得到每个人的余额状况，打印每个人的余额状况，逻辑非常清晰，下面就是每个子函数的具体实现了。
下面这个私有函数用来处理消费记录，遍历每天的消费和充值记录，并修改每人的余额记录，逻辑也很清晰，很好的调用了record_handler模块提供的功能，使该函数的简单明了，职责明确。
代码
struct person_consumption_list handler_account_record_list(
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;
}
读取记账文件
我们会用到IO,字符串以及一些字符串和数值转换的函数，所以先包含这些头文件。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "data_structure.h"
C的编译器比较傻，有的时候你不包含头文件也能编译，但运行时会给个错误记录，比如atof是在stdlib.h里定义的，你不包含它也能编译，但你printf("%f",atof("0.8"));它会给你显示0.0，你包含了就没事了，这个太无语了，在c#里你不引用dll就使用人家的方法，编译肯定出错，在C里却什么事都可能发生，所以最好把自己以前学的编程知识先扔到一边，当个编程初学者来学习C，感觉c比javascript还诡异。
struct account_record_list read_input()是一个比较大的函数，我们分开来看，先看变量定义部分，在C的函数里，变量定义要放在最前面，我们这里定义了fp一个文件类型指针，其中文件操作用c的标准库函数fopen,fclose操作，大家看下c手册就知道用法，这里是用只读方式打开，如果不存在则抛错。
代码
FILE *fp;
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);
定义了一个read_state的枚举，在定义枚举的时候一般第一个成员定义成default，表示一种无效或者默认的状态，c里的枚举不能用xxx.yyy来访问，只能用yyy来访问，跟常量一样，所以我们定义成员的时候加上一个state_前缀，这样在使用的时候就知道是个枚举了。
下面还定义了要返回的account_record_list result，因为在栈上声明的变量没人给初始化，所以result.count我们要人工设置为0，p_record是指向result.records的指针，它是一个指向数组的指针，这样可以用p_record++来依次对每个记录赋值，而不需要像用下标访问那样得知道下标值，再一个就是指针可以提高一点性能。
temp_buffer是定义的一个临时缓冲区，因为我们解析输入文件，肯定要对原文件进行一些分隔等，所以要用临时缓存区保存临时结果。同理，这里生成的字符数组也没人给初始化，我们用memset来把每个字节都初始化成'\0'。最后也用一个p_temp_buffer指针来指向临时缓冲区，指针我们就以p_做前缀，这样能看出来。
接下来是对输入文件的解析，我们要尽量保证函数的短小，所以这里的逻辑只是按分隔符找出每个字段，具体每个字段的解析又调用了各个set_xxx的函数。
代码
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;
这些逻辑性的东西就没什么说的了，逐个读取每个字符，如果遇到分隔符|或者\n就把这段字符放入缓冲区，并传给set_xxx来处理，注意每次set_xxx后要重置缓冲区的内容，以及让缓冲区指针指向起始位置。这里读取完某个字段后要把读取状态修改成下一个状态，这也是简单的状态机的应用，在字符串解析方面用的很广。
最后记着要fclose文件，否则会资源泄漏，像那些成对出现的api要时刻记着配平资源，比如foepn,fclose,malloc,free这种，少半拉的话，一般就会引起资源泄漏问题。
我们在看一个set_xxx方法，对付款记录的解析是最复杂的，我们就看这个，付款记录字段格式是先用逗号分隔每个人的付款记录，再用冒号分隔付款人和付款金额。在c里有个strtok的函数，类似split，可以把一个字符串分隔成多个子串，这里也用到了临时缓冲区，把传入的只读字符串用strncpy拷贝到临时缓冲区里再做处理，strncpy比strcpy安全，因为后者拷贝时会一直拷贝，直到遇到\0为止，前者可以指定最多拷贝多少个字符。
代码
void set_payrecord(struct account_record *record, const char *buff){
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++;
}
}
这里需要一个两维数组，声明两维数组就用char [3][4] 就行，c99里只是声明数组时直接初始化，用={{'\0'}}就可以把数组都初始化成'\0'，然后虽然这是一个两位的数组，但要用一维的数组指针去指,如char (*pc)[4]，然后用*pc就能访问二维数组的每一行了，每一行是个字符数组，可以用strncpy等函数操作。注意strtok不能嵌套使用，所以先用它把逗号分隔的子串放入到二维数组里，然后便利二维数组的每一行，对每一行按冒号分隔取出付款人和付款金额，最后放到内存对象里。
处理记账记录
这个模块比较小，edit_person_consumption用来处理每一笔消费和付款记录，先看list里有没有这个人，如果有这个人就直接把金额修改掉，如果没有，就在list里添加一个人机器消费记录。这里有个问题折腾了半天，就是我把strcmp写成strcpy了，编译也没问题，但输出结果让人很诡异，赋值都乱了，看来这种编译不出错，运行时给个错误值的问题是最难排查的，拼写错误真是程序员最常见的错误呀。剩下两个函数比较简单，打印没人余额记录和计算人均消费。
代码
#include "data_structure.h"
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;
}
编译及测试
上篇帖子简单介绍过makefile的编写，以下是该程序的makefile文件，注意换行符和跳格键的使用。
代码
book:readinput.o record_handler.o \
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
最后输出一个book的可执行文件，执行./book，输出以下结果，符合预期
可以看到d负的最多，因为它吃了两顿都没付钱，下次吃饭就该他出钱了，而b正的最多，可以连续一周不用付款吃饭了。
代码
2010-9-10|83|0.8|a,b,c,d|a:100,b:100
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
小节
其实最终的每人余额可以从小到大排个序，可以练习一下冒泡排序和函数指针的使用，不过这也算是一个比较有意义的下程序了，多写代码，C的入门也就快了。下次可能给大家分享下如何配置VIM能更快的编写C程序，工具的熟练程度会大大影响开发效率。
语言，工具等在编程里都是次要矛盾，编程的主要要解决的问题是业务逻辑本身的复杂性，所以要经常写一些逻辑比较复杂的小程序来提高编程能力，可以迅速提高思维能力，减少出错的能力，在写代码的过程中所犯的错误都积累起来，以后就可以一次编写，直接执行就通过了，编译和运行都没有错误，推荐下我前段时间写的练习作品：大家来找错-自己写个正则引擎
