由Menu小项目所引发的对软件工程的思考
学习了孟老师的这几节课程，我学习了如何搭建一个简单的命令行menu小程序，从最简单的程序开始，一步步的根据软件工程的一般规律，进行逐步开发、完善，最终实现了一个比较通用的menu程序，可以让别的开发者进行作为内嵌子程序调用执行。经过这段时间的学习，收益匪浅，于是将一些学到的东西总结如下。
为了menu小程序的开发，首先需要配置VSCOde 的C++环境，因为VScode不带C++的编译器。
1 编译和环境配置
首先从官网下载MinGW-w64,下载Install安装程序，安装过程十分简单，一路next即可。安装完毕之后通过cmd执行gcc -v查看安装是否成功：
安装完成之后我们打开VScode，在扩展部分添加C/C++插件：
之后打开文件夹，在项目根目录下调用终端程序，输入code.命令，即可生成三个配置文件task.json,launch.json,c_cpp_propertities.json，我们修改task.json中的command项和option，将之前的mingw64的目录复制到如下部分即可：
"command": "D:\\2Software\\mingw64\\bin\\g++.exe"， "options": { "cwd": "D:\\2Software\\mingw64\\bin" }
至此，环境配置成功，可以运行menu小程序。
2 软件工程一般原理分析
2.1 模块化设计
模块化设计是软件工程开发中的指导思想，是指把整个项目分成相对独立的模块，使每一个模块可以被独立的进行设计和开发。它的本质是软件开发中的关注点分离，把大问题分解成小问题，再逐个击破，实质就是分而治之的思想。
模块化设计可以降低系统中的耦合度，可以进行更好的扩展和可重用。体现在menu项目中，就是数据结构和菜单业务进行分离处理，在逻辑上进行了切分，同时将接口的声明和实现放在不同的文件中，具体的分析详见代码头部的注释：
linklist.h文件进行接口的声明，.c文件进行接口的具体实现，具体使用的时候只需要调用接口即可：
//linklist.h接口的声明，同时把底层数据结构放在这里
typedef struct DataNode { char* cmd; char* desc; int (*handler)(); struct DataNode *next; } tDataNode; /* find a cmd in the linklist and return the datanode pointer */ tDataNode* FindCmd(tDataNode * head, char * cmd); /* show all cmd in listlist */ int ShowAllCmd(tDataNode * head);
//linklist.c接口的具体实现过程，可以不关注，直接调用即可 tDataNode* FindCmd(tDataNode * head, char * cmd) { if(head == NULL || cmd == NULL) { return NULL; } tDataNode *p = head; while(p != NULL) { if(!strcmp(p->cmd, cmd)) { return p; } p = p->next; } return NULL; } int ShowAllCmd(tDataNode * head) { printf("Menu List:\n"); tDataNode *p = head; while(p != NULL) { printf("%s - %s\n", p->cmd, p->desc); p = p->next; } return 0; }
//main函数，易于扩展，只需要在head数组添加新功能即可，同时在业务逻辑不涉及具体的数据结构，只传入指针，那么下次不使用链表的时候也可以重用。p->handler也有多态的思想在里面： static tDataNode head[] = { {"help", "this is help cmd!", Help,&head[1]}, {"version", "menu program v1.0", NULL, NULL} }; main() { /* cmd line begins */ while(1) { char cmd[CMD_MAX_LEN]; printf("Input a cmd number > "); scanf("%s", cmd); tDataNode *p = FindCmd(head, cmd); if( p == NULL) { printf("This is a wrong cmd!\n "); continue; } printf("%s - %s\n", p->cmd, p->desc); if(p->handler != NULL) { p->handler(); } } }
2.2 可重用接口
可重用接口这部分是使接口进行通用化，把linklist接口改为更为通用的listable接口，增加了代码的可重用性。分析见代码的顶层注释：
//linktable.h文件 //LinktableNode结构体只保留了最基本的遍历功能，具体的data数据并没有包含，这是因为用户可以自己添加自己所需要的数据，而linktable.h这个通用接口只需要实现最基本的遍历功能即可，无需关心数据，只需关心遍历这一个逻辑，这样就使接口更通用，可重用性更高。 typedef struct LinkTableNode { struct LinkTableNode * pNext; }tLinkTableNode; /* * LinkTable Type */ typedef struct LinkTable { tLinkTableNode *pHead; tLinkTableNode *pTail; int SumOfNode; pthread_mutex_t mutex; }tLinkTable; /* * Create a LinkTable */ tLinkTable * CreateLinkTable(); /* * Delete a LinkTable */ int DeleteLinkTable(tLinkTable *pLinkTable); /* * Add a LinkTableNode to LinkTable */ int AddLinkTableNode(tLinkTable *pLinkTable,tLinkTableNode * pNode); /* * Delete a LinkTableNode from LinkTable */ int DelLinkTableNode(tLinkTable *pLinkTable,tLinkTableNode * pNode); /* * get LinkTableHead */ tLinkTableNode * GetLinkTableHead(tLinkTable *pLinkTable); /* * get next LinkTableNode */ tLinkTableNode * GetNextLinkTableNode(tLinkTable *pLinkTable,tLinkTableNode * pNode);
//主程序调用更加一般的接口来实现 main() { InitMenuData(&head); /* cmd line begins */ while(1) { char cmd[CMD_MAX_LEN]; printf("Input a cmd number > "); scanf("%s", cmd); tDataNode *p = FindCmd(head, cmd); if( p == NULL) { printf("This is a wrong cmd!\n "); continue; } printf("%s - %s\n", p->cmd, p->desc); if(p->handler != NULL) { p->handler(); } } }
//使用callback方式进行回调，有点像lamb表达式 int SearchCondition(tLinkTableNode * pLinkTableNode) { tDataNode * pNode = (tDataNode *)pLinkTableNode; if(strcmp(pNode->cmd, cmd) == 0) { return SUCCESS; } return FAILURE; } /* find a cmd in the linklist and return the datanode pointer */ tDataNode* FindCmd(tLinkTable * head, char * cmd) { return (tDataNode*)SearchLinkTableNode(head,SearchCondition); }
//为了更加通用，可以修改cmd数组，使其变为局部变量，同时增加一个args参数 tLinkTableNode * SearchLinkTableNode(tLinkTable *pLinkTable, int Conditon(tLinkTableNode * pNode, void * args), void * args); int SearchCondition(tLinkTableNode * pLinkTableNode, void * args) { char * cmd = (char*) args; tDataNode * pNode = (tDataNode *)pLinkTableNode; if(strcmp(pNode->cmd, cmd) == 0) { return SUCCESS; } return FAILURE; }
2.3 线程安全
线程安全主要是使用锁机制，在多个进程同时写的时候或者一个读一个写的时候容易发生。可重入的函数不一定是线程安全的，可重入的函数在多个线程中并发使用时是线程安全的，但不同的可重用函数（共享全局变量及静态变量）在多个线程中并发使用时会有线程安全问题。不可重用的函数一定不是线程安全的。详细结合代码分析，见代码首行注释
//这个方法一般不会引发线程安全问题，因为创造table会开辟不同的空间 tLinkTable * CreateLinkTable() { tLinkTable * pLinkTable = (tLinkTable *)malloc(sizeof(tLinkTable)); if(pLinkTable == NULL) { return NULL; } pLinkTable->pHead = NULL; pLinkTable->pTail = NULL; pLinkTable->SumOfNode = 0; pthread_mutex_init(&(pLinkTable->mutex), NULL); return pLinkTable; } /* * 删除可能会引发线程安全问题，主要是在free操作上会引发安全问题 */ int DeleteLinkTable(tLinkTable *pLinkTable) { if(pLinkTable == NULL) { return FAILURE; } while(pLinkTable->pHead != NULL) { tLinkTableNode * p = pLinkTable->pHead; pthread_mutex_lock(&(pLinkTable->mutex)); pLinkTable->pHead = pLinkTable->pHead->pNext; pLinkTable->SumOfNode -= 1 ; pthread_mutex_unlock(&(pLinkTable->mutex)); free(p); } pLinkTable->pHead = NULL; pLinkTable->pTail = NULL; pLinkTable->SumOfNode = 0; pthread_mutex_destroy(&(pLinkTable->mutex)); free(pLinkTable); return SUCCESS; } /* * 不会引发线程安全问题 */ int AddLinkTableNode(tLinkTable *pLinkTable,tLinkTableNode * pNode) { if(pLinkTable == NULL || pNode == NULL) { return FAILURE; } pNode->pNext = NULL; pthread_mutex_lock(&(pLinkTable->mutex)); if(pLinkTable->pHead == NULL) { pLinkTable->pHead = pNode; } if(pLinkTable->pTail == NULL) { pLinkTable->pTail = pNode; } else { pLinkTable->pTail->pNext = pNode; pLinkTable->pTail = pNode; } pLinkTable->SumOfNode += 1 ; pthread_mutex_unlock(&(pLinkTable->mutex)); return SUCCESS; } /* * 一般不会有线程安全问题，但是如果一个进程创建，一个删除，可能会引发线程安全问题 */ int DelLinkTableNode(tLinkTable *pLinkTable,tLinkTableNode * pNode) { if(pLinkTable == NULL || pNode == NULL) { return FAILURE; } pthread_mutex_lock(&(pLinkTable->mutex)); if(pLinkTable->pHead == pNode) { pLinkTable->pHead = pLinkTable->pHead->pNext; pLinkTable->SumOfNode -= 1 ; if(pLinkTable->SumOfNode == 0) { pLinkTable->pTail = NULL; } pthread_mutex_unlock(&(pLinkTable->mutex)); return SUCCESS; } tLinkTableNode * pTempNode = pLinkTable->pHead; while(pTempNode != NULL) { if(pTempNode->pNext == pNode) { pTempNode->pNext = pTempNode->pNext->pNext; pLinkTable->SumOfNode -= 1 ; if(pLinkTable->SumOfNode == 0) { pLinkTable->pTail = NULL; } pthread_mutex_unlock(&(pLinkTable->mutex)); return SUCCESS; } pTempNode = pTempNode->pNext; } pthread_mutex_unlock(&(pLinkTable->mutex)); return FAILURE; } /* 读操作，不会引发线程安全问题 */ tLinkTableNode * SearchLinkTableNode(tLinkTable *pLinkTable, int Conditon(tLinkTableNode * pNode, void * args), void * args) { if(pLinkTable == NULL || Conditon == NULL) { return NULL; } tLinkTableNode * pNode = pLinkTable->pHead; while(pNode != NULL) { if(Conditon(pNode,args) == SUCCESS) { return pNode; } pNode = pNode->pNext; } return NULL; } /* * 读操作，不会引发线程安全问题 */ tLinkTableNode * GetLinkTableHead(tLinkTable *pLinkTable) { if(pLinkTable == NULL) { return NULL; } return pLinkTable->pHead; } /* * 读操作，不会引发线程安全问题 */ tLinkTableNode * GetNextLinkTableNode(tLinkTable *pLinkTable,tLinkTableNode * pNode) { if(pLinkTable == NULL || pNode == NULL) { return NULL; } tLinkTableNode * pTempNode = pLinkTable->pHead; while(pTempNode != NULL) { if(pTempNode == pNode) { return pTempNode->pNext; } pTempNode = pTempNode->pNext; } return NULL; }
总结：
我们开发软件的时候应该按照软件工程的一般规律，在模块化、可重用接口的设计、以及线程安全的问题上多下文章，尽可能的提高软件开发的效率和软件的质量。
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