浙大程设教材第三章课案.docx
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浙大程设教材第三章课案
第三章高级编程技术的实现
使用过Windows系统的用户都感受到了图形用户界面的直观和高效。
所有Windows系统的应用程序都拥有相同或相似的基本外观，包括窗口、菜单、工具条、状态栏等，从而降低了学习成本和难度。
而且Windows是一个多任务的操作环境，它允许用户同时运行多个应用程序，或在一个程序中同时做几件事情。
例如，我们可以边欣赏MP3的音乐边IE冲浪，可以在运行WORD时同时编辑多个文档等。
用户直接通过鼠标或键盘来使用应用程序，或在不同的应用程序之间进行切换，非常方便。
这些都是单任务、命令行界面的DOS操作系统所无法比拟的。
不过，各个版本的C语言系统都提供了大量的功能各异的标准库函数，借助这些函数读者也可以轻松地实现具有类Windows系统应用程序界面特征的或更加生动复杂的DOS系统应用程序，同时可以更好地体会C语言的功能强大和编码高效。
本章的重点是介绍如何利用TurboC2.0系统所提供的相关函数来实现文本和图形的显示、键盘和鼠标的操作控制、图形绘制、动画生成、乐曲演奏、汉字显示、图像显现和精确的时间控制等技术。
这些技术与微机的硬件密切联系，涉及的知识不只限于第二章介绍的内容，必要时还需读者查阅相关资料。
3.1操作手段
在学习C语言的时候，大家都利用过标准库函数scanf（）和getchar（），在屏幕光标闪烁处通过键盘输入程序所需要的规定类型的数据，这只是一种基本的输入方式的体现。
在实际的应用中，我们往往希望更加灵活地使用输入工具，不仅仅只为了输入要处理的整型、字符型、浮点型的数据，而是作为操作手段。
例如，在第一章我们介绍的扫雷程序，就设计用键盘进行游戏的操作。
现在鼠标和键盘并驾齐驱，C语言并不直接支持鼠标操作。
因此，在这一小节我们分别介绍一下键盘和鼠标操作的实现技术。
3.1.1键盘
当我们按下键盘上某键时，系统如何知道某键被按下呢？
它的奥妙在于计算机键盘是一个智能化的键盘，在键盘内有一个微处理器，用来扫描和检测每个键的按下和抬起状态，然后以程序中断（INT9H）的方式与主机通信，向主机传送一个字节的按键扫描码。
接着ROM中BIOS内的键盘中断处理程序，将按键扫描码翻译成对应的ASCII码，存放在AX寄存器中。
由于ASCII码不能将PC键盘上的键全部包括，因此有些控制键如CTRL、ALT、END、HOME和DEL等用扩充的ASCII码表示，扩充码用两个字节的数表示。
第一个字节是0，第二个字节是0~255的数。
因此，如果按下的是普通键，键盘中断处理程序在AL中存放该键的ASCII码；如果是特殊功能键，则AH中存放扩充码，AL的值为0。
需要注意的是，扫描码不是ASCII码或扩充码。
它的0~6位标识了每个键在键盘上的位置，最高位标识按键的状态，0对应该键是被按下；1对应松开。
它并不能区别大小写字母，而且一些特殊键如PrintScreen等不产生扫描码直接引起中断调用。
是否有键按下，何键按下，在应用中可简单地采用下面的三种办法。
方法一：
直接使用TurboC提供的键盘操作函数bioskey（）来识别。
函数bioskey（）声明在bios.h头文件中，其原型为：
intbioskey（intcmd）；
其中参数cmd用来确定bioskey（）如何操作：
cmd操作
0bioskey（）返回按健的键值，该值是2个字节的整型数。
若没有键按下，则该函数一直等待，直到有键按下。
当按下时，若返回值的低8位为非零，则表示为普通键，其值代表该键的ASCII码。
若返回值的低8位为0，则高8位表示为扩展的ASCII码，表示按下的是特殊功能键。
1bioskey（）查询是否有键按下。
若返回非0值，则表示有键按下，若为0表示没键按下。
2bioskey（）将返回一些控制键是否被按过，按过的状态由该函数返回的低8位的各位值来表示：
字节位对应的16进制数含义
00x01右边的shift键被按下
10x02左边的shift键被按下
20x04Ctrl键被按下
30x08Alt键被按下
40x10ScrollLock已打开
50x20NumLock已打开
60x40CapsLock已打开
70x80Inset已打开
当某位为l时，表示相应的键已按，或相应的控制功能已有效，如选参数cmd为2，若key值为0x09，则表示右边的shift键被按，同时又按了Alt键。
在第一章扫雷游戏中，我们定义上、下、左、右键用来移动雷区光标的位置，回车或者空格键用来挖开光标当前指向的雷区方块，F或者f标记当前光标指向的方块有地雷，Q或者q在光标指向方块打问号表示可能有地雷，A或者a用来自动挖开光标周围的方块，ESC退出游戏。
在实现时，我们调用bioskey（0）来获得按键值，然后经过判断转入相应的处理。
下面让我们回顾一下1.2.4.4节中的扫雷游戏源程序片段，其中key.c文件仅有一个函数getKey（），它用biosky（0）读取键盘输入，读到一个有效的按键（上、下、左、右键、回车或者空格键、F、f、Q、q、A、a、ESC）时返回如上说明的键值。
/*文件key.c——扫雷游戏的按键获取*/
#include
/*定义有效的键值*/
#defineENTER0x1c0d
#defineUP0x4800
#defineDOWN0x5000
#defineLEFT0x4b00
#defineRIGHT0x4d00
#defineESC0x011b
#defineSPACE0x3920
#defineLOWERF0x2166
#defineUPPERF0x2146
#defineLOWERA0x1e61
#defineUPPERA0x1e41
#defineLOWERQ0x1071
#defineUPPERQ0x1051
/*获取按键信息，返回有效的操作值*/
intgetKey（void）{
while
（1）{
intkey=bioskey（0）;
switch（key）{
caseENTER:
caseUP:
caseDOWN:
caseLEFT:
caseRIGHT:
caseESC:
caseSPACE:
caseLOWERF:
caseUPPERF:
caseLOWERA:
caseUPPERA:
caseLOWERQ:
caseUPPERQ:
returnkey;
}
}
}
/*------------------------------------------文件key.c结束------------------------------------------*/
方法二：
通过第二章2.4.2节介绍的int86（）函数，调用BIOS的INT16H，功能号为0的中断。
它将按键的扫描码存放在AX寄存器的高字节中。
例程3-1本程序仅仅演示了通过int86（）获取按键的扫描码。
在此注意扫描码和bioskey（0）返回的键值是不同的。
/*-------例程3-1-------*/
#include
#include
/*定义各键的扫描码*/
#defineKey_ESC1/*键ESC的扫描码*/
#defineKey_A30/*键A或者a的扫描码*/
intgetKeySCode（）;
main（）
{
intacount=0,ky;
while
（1）
{
ky=getKeySCode（）;/*得到按键的扫描码*/
switch（ky）{
caseKey_A:
/*键A或者a*/
++acount;break;
caseKey_ESC:
/*键ESC*/
printf（"\nEndtheprogram"）;
printf（"\nDuringtheprogram,youpressAanda%dtimes",acount）;
exit（0）;
default:
/*其他键*/
break;
}
}
}
/*读键函数，返回扫描码*/
intgetKeySCode（）
{
unionREGSrg;
rg.h.ah=0;
int86（0x16,&rg,&rg）;
returnrg.h.ah;
}
/*-------例程3-1结束-------*/
方法三：
简单地利用TurboC提供的函数kbhit（）来检查是否按过键。
它在头文件conio.h中声明，函数原型为：
intkbhit（void）;
若按了键盘，该函数返回值1，否则返回值0。
这个功能简单的函数常常在下面的语句中出现：
while（!
kbhit（））/*dosomething*/;
3.1.2鼠标
现在普遍使用的鼠标器有三个按钮，主要有两种形式：
机械式或者光电式。
机械式鼠标器使用一个转动球，随着鼠标器移动，球在旋转，使得传感器将球的移动变成移动光标的方向信息。
光电式鼠标器使用两个分别发红光和紫外光的发光二极管LED及两个光电晶体管来检测移动。
它用一个特殊的焊盘来改变LED的光强。
这个焊盘有两个方向线，当鼠标器向一个方向移动时，吸收红光，向另一方向移动时，吸收紫外光，光间断的颜色和数目决定了鼠标器移动的方向和距离，它将这些信息变成数字信号向计算机发送。
鼠标器通过RS232异步串行口向计算机发送这些移动和移动方向及距离多少的信息。
从实质上说，鼠标器如同键盘一样，是向计算机送信息的一个输入设备，它向主机发送数据，这些数据代表着光标的移动和按钮的状态。
鼠标在移动时，其光标并没有直接显示在屏幕上，而是在一个假想的虚拟屏幕上。
它以像素为单位进行计数，然后再将其映射到显示屏幕上。
由于显示模式不同，即分辨率不同，满屏的像素个数不同，因而单位长度上的像素个数也不同，即鼠标计数的个数也不同。
这些映射过程，都是通过鼠标器的驱动程序来完成。
一般鼠标驱动程序首先将RS232进行初始化，然后来用中断方式接收鼠标数据，规定采用INT33H中断。
鼠标驱动程序由生产鼠标的厂家提供，该程序提供了许多功能。
通过设置不同的入口参数，通过INT33H鼠标中断调用来使用这些功能，如Microsoft的INT33H中断调用提供了三十多个功能。
DOS操作系统和TurboC2.0并不支持鼠标器的操作，因而要使用鼠标器，必须首先要安装其相应的驱动程序。
3.1.2.1鼠标器的INT33H功能调用
当安装好了鼠标器的驱动程序，并进行了初始化后，就可使用鼠标器的驱动程序来管理鼠标器的各种操作。
鼠标器驱动程序将INT33H中断作为鼠标器的操作中断，这样每当移动一下鼠标器，或者按动一下鼠标器的按钮，就将产生一次INT33H中断。
而鼠标驱动程序将按照中断时的入口参数，调用不同的功能处理程序，来完成中断服务。
对于Microsoft鼠标驱动程序，表3-1列出了一般常用的功能调用和相应的入口参数，以及调用后的出口参数,在上表中，其中入口参数和出口参数中的m1，m2，m3，m4分别存放在Ax，Bx，Cx，Dx寄存器中。
表3-1INT33H中断调用常用功能调用和相应的入口参数，及调用后的出口参数
功能码
功能
入口参数
出口参数
0
鼠标复位及取状态
m=0
m1=-1鼠标安装成功
m1=0鼠标安装失败
m2=鼠标按钮数目
1
显示鼠标光标
m1=1
无
2
不显示鼠标光标
m1=2
无
3
取按钮状态和鼠标位置
m1=3
m2=各按钮状态（见注释）
4
设置鼠标光标位置
m1=4
m3=光标x坐标
m4=光标y坐标
无
5
取按钮压下状态
m1=5
m2=按钮号
0为左按钮
1为右按钮
m1=各按钮状态（见注释）
m2=自上次调用以来该按钮按下的次数
m3=最后一次按下时鼠标的x坐标
m3=最后一次按下时鼠标的y坐标
6
取按钮松开状态
m1=6
m2=按钮号
m1=各按钮状态（见注释）
m2=自上次调用以来该按钮释放的次数
m3=最后一次释放时鼠标的x坐标
m4=最后一次释放时鼠标的y坐标
7
设置水平位置最大值
m1=7
m3=x坐标最小值
m4=x坐标最大值
无
8
设置垂直位置最大值
m1=7
m3=x坐标最小值
m4=x坐标最大值
无
11
取鼠标器移动的方向和距离
m1=11
m3=x方向移动距离
m4=y方向移动距离
12
设中断程序掩码和地址
m1=12
m3=调用掩码（见注释）
m4=程序地址
无
注释：
鼠标各按钮的状态，由下面信息格式提供：
位等于0时等于1时
0左按钮未按下左按钮正在按下
1右按钮末按下右按钮正在按下
2中按钮未按下中按钮正在按下
当用功能12设置用户的鼠标中断服务程序时，其入口参数m3=调用掩码，该掩码表示在哪种条件发生时，产生中断，即执行用户定义的中断服务程序。
其掩码位与中断产生条件如下：
（该掩码位置1时，便产生中断）
掩码位中断的条件
0光标位置移动
1左按钮按下
2左按钮松开
3有按钮按下
4右按钮松开
3.1.2.2鼠标主要功能函数
在图形用户接口程序设计中，鼠标器光标的显示与关闭是经常要用到的功能。
当进行菜单项选取或窗口移动等操作中，若不先关闭鼠标器，则有可能在鼠标器光标处留下缺憾。
因此，在作图、重显等操作时，暂时关闭鼠标器光标是必要的，等动作完成后再重新打开光标，以保证图形界面的完美。
以下函数实现光标的开关：
/*显示鼠标器光标*/
voidcursorOn（）
{
unionREGSr；
structSREGSs；
r.x.ax＝1;/*1号鼠标器功能*/
msvisible＝TRUE；
int86x（0x33，&r，&r，&s）；
}
/*关闭鼠标器光标*/
voidcursorOff（）
{
unionREGSr；
structSREGSs；
r.x.ax＝2;/*2号鼠标器功能*/
msvisible＝FALSE；
int86x（0x33，&r，&r，&s）；
}
调用4号功能可实现鼠标器光标位置设置，该功能用于鼠标器应用程序中设定光标的初始位置。
/*设定鼠标光标的初始位置*/
voidcursorXY（unsignedintx,unsignedinty）
{
unionREGSr;
structSREGs;
r.x.ax=4;/*4号鼠标器功能*/
r.x.cx=x;
r.x.dx=y;
int86x（0x33，&r，&r，&s）;
mousex=x;
mousey=y;
}
鼠标器状态查询是鼠标器应用程序中应用最为颠繁的函数，由第3号功能实现。
下面的函数报告鼠标器当前光标位置和当前按键状态。
/*报告鼠标器当前光标位置和当前按键状态*/
voidmouseRead（）{
unionREGSrl,r2;
structSREGSs;
r1.x.ax=3;/*3号鼠标器功能*/
int86x（0x33，&r1，＆r2，&s）；
mousex=r2.x.cx;/*鼠标器光标x方向坐标*/
mousey=r2.x.dx;/*鼠标器光标y方向坐标*/
mousekey=r2.x.bx;/*鼠标器按健状态*/
}
其中的mousex、mousey为全局变量，记录鼠标器光标位置。
mousekey也是一个外部变量，记录鼠标器按键动作。
在某些情况下，需要等待鼠标器某种状态，比如按键按下。
下面的函数提供这种功能，它等待直到按键按下或移动光标才返回调用程序。
/*等待鼠标器的某种状态*/
voidwait（inti）
{
do{
mouseread（）;
}while（mousekey==i）;
}
以上五种功能是最为常用的，其它功能可类似实现。
3.2显示方式
3.2.1显示器和显卡
众所周知，显示器和显卡组成了计算机的显示子系统。
显卡也称作显示适配器，它在主机和显示器之间起到信息转换和视频发送的作用（如图3-1所示）。
计算机中要显示的字符和图形均是数字形式的数据，而显示器接收的却是模拟信号，因此显卡将要显示的字符和图形以数字形式存储在卡上的视频存储器VRAM中，再将其变成视频模拟信号送往显示器进行显示。
计算机配的显示器种类不同，显卡种类会不同。
不同种类的显卡支持的显示模式种类不同，而且同一显卡一般可以支持多种显示模式。
一种显示模式指定了相应显示器的工作方式、分辨率和颜色数目。
目前常见的显卡有CGA（彩色图形适配器）、EGA（增强型图形适配器）、VGA（视频图形阵列适配器）和SVGA（超级VGA），它们保持向下兼容。
也就是说，它们除了有自己特殊的模式外，还保持低级显卡的所有模式，即EGA兼容CGA，VGA兼容EGA，SVGA兼容VGA。
表3-2列出了CGA、EGA、VGA和部分SVGA的图形显示模式。
切记，显卡能输出的最大显示分辨率并不代表自己的机器就能达到，还必须有足够强的显示器配套才可以。
表3-2CGA、EGA、VGA和部分SVGA的图形显示模式
分辨率
颜色数
显卡
320×200
320×200
640×200
320×200
640×200
640×350
640×350
640×480
640×480
320×200
640×480
800×600
1024×768
4
2
2
16
16
2
16
2
16
256
256
256
256
CGA
CGA
CGA
EGA
EGA
EGA
EGA
VGA
VGA
VGA
SVGA
SVGA
SVGA
图3-2（a）C的8×8点阵字模（b）VRAM和字符及图形显示关系
显示器有两种工作方式，即文本显示方式和图形显示方式，它们的主要差别是显示存储器（VRAM）中存的信息不同。
文本方式时，VRAM存放要显示字符的ASCII码，用它作为地址，取出字符发生器ROM中存放的相应字符的图像（又称字模，如图3-2（a）显示了C的8×8点阵字模），变成视频信号在显示器屏幕上进行显示。
EGA、VGA可以使用几种字符集，如EGA下有三种字符集，VGA有五种字符集。
而当选择图形方式时，则要显示的图形的图像直接存在VRAM中，VRAM中某地址单元存放的数就表示了相应屏幕上某行和列上的像素及颜色。
图3-2（b）是字符方式和CGA320200中分辨图形方式显示的示意图，在CGA的中分辨图形方式下，每字节代表4个像素，即每2位表示一个像素及颜色。
我们可以通过程序设置显示系统的显示模式，有些模式可直接利用TurboC2.0提供的函数直接设置，这正是本章后面的小节将讲述的内容，而有些则必须通过BIOS调用进行设置，例如各种256色的或高分辨率的显示方式，这部分内容在本教材后续章节的个别例程中会出现，但不作重点介绍，感兴趣的读者可参考其他相关资料。
3.2.2文本显示方式
文本显示方式也称作字符显示方式，是TurboC确省的显示方式。
顾名思义该显示方式用于显示字符。
若要在此方式下作图，只能用字符构成图案。
文本方式屏幕的最大分辨单位是单个字符，字符显示的位置用行和列坐标来表示。
字符屏幕函数主要包括文本窗口大小的设定、窗口颜色的设置、窗口文本的清除和输入输出等函数。
这些函数的有关信息（如宏定义等）均包含在conio.h头文件中。
1）文本窗口的定义
TurboC确省定义的文本窗口为整个屏幕，共有80列25行的文本单元。
如图3-3所示，规定整个屏幕的左上角坐标为（1，1），右下角坐标为（80，25），并规定沿水平方向为X轴，方向朝右；沿垂直方向为Y轴，方向朝下。
每个单元包括一个字符和一个属性，字符即ASCII码字符，属性规定该字符的颜色和强度。
除了这种确省的80列25行的文本显示方式外，还可由用户通过函数：
voidtextmode（intnewmode）；
来显式地设置TurboC支持的几种文本显示方式（见表3-3）。
该函数将清屏，以整个屏幕为当前窗口，并移光标到屏幕左上角。
参数newmode可选表中代表方式的数值或符号常量。
图3-3屏幕文本显示坐标
表3-3文本显示方式
方式
符号常量
显示列×行数和颜色
0
BW40
40×25黑白显示
1
C40
40×25彩色显示
2
BW80
80×25黑白显示
3
C80
80×25彩色显示
7
MONO
80×25单色显示
-1
LASTMODE
上一次的显示方式
TurboC也可以让用户通过使用窗口设置函数window（），定义屏幕上的一个矩形域作为窗口。
window（）函数的函数原型为：
voidwindow（intleft,inttop,intright,intbottom）；
函数参数（left，top）是窗口左上角的坐标，（right，bottom）是窗口的右下角坐标，这些坐标是相对于整个屏幕而言的。
例如，要定义一个窗口左上角在屏幕（20，5）处，大小为30列15行的窗口，可调用函数window（20,5,49,24）。
若window（）函数中的坐标超过了屏幕坐标的界限，则窗口的定义就失去了意义，也就是说定义将不起作用，但程序编译链接时并不出错。
窗口定义之后，用有关窗口的输入输出函数就可以只在此窗口内进行操作而不超出窗口的边界。
另外，一个屏幕可以定义多个窗口，但现行窗口只能有一个（因为DOS为单任务操作系统）。
当需要用另一窗口时，可将定义该窗口的window（）函数再调用一次,此时该窗口便成为现行窗口了。
2）文本窗口颜色和其它属性的设置
文本窗口颜色的设置包括背景颜色的设置和字符颜色（既前景色）的设置，使用的函数及其原型为：
voidtextbackground（intcolor）；/*设置背景颜色的函数*/
voidtextcolor（intcolor）；/*设置字符颜色的函数*/
有关颜色参数color的取值定义在表3-4中，表中的符号常数与相应的数值等价。
表3-4颜色表
符号常数
数值
含义
背景或背景
BLACK
0
黑
前景、背景色
BLUE
1
蓝
前景、背景色
GREEN
2
绿
前景、背景色
CYAN
3
青
前景、背景色
RED
4
红
前景、背景色
MAGENTA
5
洋红
前景、背景色
BROWN
6
棕
前景、背景色
LIGHTGRAY
7
淡灰
前景、背景色
DARKGRAY
8
深灰
用于前景色．
LIGHTBLUE
9
淡蓝
用于前景色
LIGHTGREEN
10
淡绿
用于前景色
LIGHTCYAN
11
淡青
用于前景色
LIGHTRED
12
淡红
用于前景色
LIGHTMAGENTA
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