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：

设置定义三角形的三个点。

随机选择任意的一个点 (x,y)。

然后：

在三角形的顶点中随机选择一个点。

将新的 x,y 设置为先前的 x,y 和三角顶点的中间点。

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.h 的 random() 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 LINES 和 COLS，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 0 行 0 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 maxlines 和 maxcols。

在屏幕上绘制文字的两个简单方法是 addch() 和 addstr() 函数。也可以使用相关的 mvaddch() 和 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' 和 '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。

编译自：http://www.linuxjournal.com/content/getting-started-ncurses作者： Jim Hall
原创：LCTT https://linux.cn/article-9348-1.html译者： leemeans