筆者之前一直使用Vistual Studio2019作為開發工具，而將VS Code一直簡單的作為編輯器使用，並未深入瞭解VS Code。正好藉著孟老師的軟體工程課程深入學習一下如何將VS Code+gcc工具集作為開發環境。

　　本文下述內容大致分為幾部分：

1. 編譯與環境配置
2. Menu小程式的簡要分析
3. Menu小程式引發的一系列問題的思考

一、編譯與環境配置

　　VsCode最基本的功能是作為編輯器，他並沒有編譯功能，因此我們下載好VS Code之後還需要下載編譯器。

　　編譯器我選擇了MinGW，但是要注意，因為MinGW下載為外網環境，因為網路原因很有可能下載失敗，建議直接下載離線檔案。

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　　這裡筆者提供離線檔案的網盤地址，有需要的童鞋可以自行下載

　　連結：https://pan.baidu.com/s/1n3gZBlvuF2HIllhjzRM3qA　　提取碼：ch8u

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　　如選擇使用提供的mingw-get-setup.exe安裝，選擇好需要安裝的工具，一直next即可

　　安裝好了MinGW之後，我們需要配置環境變數才可使用gcc

　　環境變數配置流程很簡單，向PATH下新增MinGW資料夾下的bin資料夾路徑即可

　　安裝好了MinGW並配置了環境變數之後，我們可以通過在cmd命令列執行

gcc -v

測試是否安裝成功（安裝成功如下圖所示）

　　此時我們VS Code與編譯器均已安裝完成，基本環境搭建已完成，我們馬上大功告成，要想在VS Code上成功的執行除錯程式，我們還需進行配置檔案的修改，此時我們以孟老師給出的src資料夾下的hello.c為例，我們要想執行hello.c，需要更改.vscode下的launch.json與c_cpp_properties.json檔案

具體修改細節如下：

1 //c_cpp_properties.json檔案修改處
2 "miDebuggerPath": "D:\\MinGW\\mingw64\\bin\\gdb.exe"
3 //launch.json檔案修改gcc的路徑
4 "compilerPath": "D:\\MinGW\\mingw64\\bin\\gcc.exe",

現在我們環境配置好，大功告成，通過gcc編譯執行如下

如果我們嫌棄每次輸入命令列編譯很麻煩，這時候VS Code的一個優勢便顯示出來即豐富的外掛，我們去安裝如下外掛

　　

安裝外掛成功後，在使用者介面右上角會提供一個執行按鈕，點選執行按鈕，VS Code便會自動執行指令碼自動進行檔案的編譯與執行，如下圖所示，至此，我們的環境配置大功告成。

二、Menu小程式的簡要分析

　　src資料夾內，共有十個lab資料夾，一步步描述了Menu小程式的程式碼構建過程，下面我簡要分析一下每一步修改的原因即體現的軟體工程思想（注，為了方便分析與檢視，下面每增加一個.h檔案，便將該檔案介面程式碼展示一下）

　　1.lab1

　　lab1下包含 hello.c 檔案與 menu.c 檔案，hello.c 檔案用於測試環境是否搭建完成，menu.c 檔案是本程式的框架程式碼（此處為虛擬碼）

　　2.lab2

　　lab2下移除了 hello.c 檔案，與此同時完善了 menu.c 檔案的虛擬碼，使其成為了可以執行的框架程式碼

　　3.lab3.1

　　lab3.1下將可能重複用到的程式碼段封裝到函式內部（分別封裝了 Help() 函式和Quit() 函式），同時引入了結構體連結串列，將指令，指令詳細描述，指令對應函式存入一個結構體內，初步體現了可重用介面與模組化的思想

　　4.lab3.2

　　lab3.2將模組化與可重用介面的思想進一步體現，進一步將主函式內遍歷結構體連結串列尋找cmd的操作封裝到了函式 FindCmd() 內，同時設計了一個新函式 FindCmd() 來為使用者提供使用幫助，這很大程度上提高了程式碼的可用性，使用者可以通過 Help 獲取相關幫助，提高了使用者的體驗感

　　5.lab3.3

　　lab3.3程式碼部分並沒有改變，但是將結構體程式碼獨立到一個檔案 linklist.h 內，這極大程度的體現了模組化的思想，同時也降低了碼農的閱讀與修改程式碼的難度，程式碼的邏輯層次更加明顯。同時還有一個細節，在 linklist.h 檔案內進行函式介面的宣告，而實現的細節儲存到 linklist.c 檔案內，這極大程度上提高了閱讀效率。

　　linklish.h檔案內介面如下所示：

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);

　　6.lab4

　　lab4改變較大，增加了 Menu 資料的初始化函式 InitMenuData() ，可以動態建立Menu，增加了資料的靈活性，同時新引入了新的結構體 LinkTable 並增加了執行緒安全的互斥量 mutex，LinkTable 比之前的 linklist 增加了更多的內容，可以很方便的增刪查節點。LinkTable更進一層次的實現了模組化，內聚程度更進一步，將業務層與底層節點分離，與menu模組之間的耦合度降低。

　　linktable.h介面如下所示

/*
 * LinkTable Node Type
 */
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);

#endif /* _LINK_TABLE_H_ */

　　本部分還引入了執行緒安全的概念，通過互斥量 mutex 為執行緒上鎖與解鎖，解決不同執行緒之間的記憶體安全問題。執行緒安全本質上其實是記憶體的安全！

　　例如，上述程式碼通過對mutex進行上鎖與解鎖，實現了 SumOfNode 變數記憶體的安全，當不同執行緒訪問該變數時，若對該變數不加鎖，便可能會發生讀寫衝突，造成記憶體儲存資料的正確性得不到保障。

　　7.lab5.1

　　lab5.1引入了回撥函式 callback，因筆者對callback函式之前瞭解不多，所以著重記錄一下該方法

intSearchCondition(tLinkTableNode*pLinkTableNode) { tNode*pNode=(tNode*)pLinkTableNode; if(pNode->data==6) { returnSUCCESS; } returnFAILURE; }

------------------------------------分割線-----------------------------------------

　/*searchbycallback*/ debug("SearchLinkTableNode\n"); tNode*pTempNode=(tNode*)SearchLinkTableNode(pLinkTable,SearchCondition);//SearchCondition()函式定義上面給出 printf("%d\n",pTempNode->data);

引用維基百科上對回撥的定義：

　　In computer programming, a callback is any executable code that is passed as an argument to other code, which is expected to call back (execute) the argument at a given time. This execution may be immediate as in a synchronous callback, or it might happen at a later time as in an asynchronous callback.

　　把一段可執行的程式碼像引數傳遞那樣傳給其他程式碼，而這段程式碼會在某個時刻被呼叫執行，這就叫做回撥。如果程式碼立即被執行就稱為同步回撥，如果在之後晚點的某個時間再執行，則稱之為非同步回撥。

打個比方，有一家旅館提供叫醒服務，但是要求旅客自己決定叫醒的方法。可以是打客房電話，也可以是派服務員去敲門，睡得死怕耽誤事的，還可以要求往自己頭上澆盆水。這裡，“叫醒”這個行為是旅館提供的，相當於庫函式，但是叫醒的方式是由旅客決定並告訴旅館的，也就是回撥函式。而旅客告訴旅館怎麼叫醒自己的動作，也就是把回撥函式傳入庫函式的動作，稱為登記回撥函式（to register a callback function）

　　回撥機制提供了非常大的靈活性，這種靈活性是怎麼實現的呢？乍看起來，回撥似乎只是函式間的呼叫，但仔細一琢磨，可以發現兩者之間的一個關鍵的不同：在回撥中，我們利用某種方式，把回撥函式像引數一樣傳入中間函式。可以這麼理解，在傳入一個回撥函式之前，中間函式是不完整的。換句話說，程式可以在執行時，通過登記不同的回撥函式，來決定、改變中間函式的行為。

　　8.lab5.2

　　lab5.2 改進了函式SearchLinkTableNode()函式

//lab5.1
tLinkTableNode * SearchLinkTableNode(tLinkTable *pLinkTable, int Conditon(tLinkTableNode * pNode))

//lab5.2
tLinkTableNode * SearchLinkTableNode(tLinkTable *pLinkTable, int Conditon(tLinkTableNode * pNode, void * args), void * args)

　　lab5.1記憶體在問題，底層程式碼反而需要依賴業務層程式碼回撥引數，lab5.2內進行函式改造，將所需資訊作為函式傳入，降低耦合度為鬆散耦合。

　　lab5.2 同時還增加了Makefile檔案，使用make命令來構建工程，會使原本複雜繁瑣的工作簡化許多，極大地提高了效率，程式碼如下，

　　一個工程中的原始檔不計其數，其按型別、功能、模組分別放在若干個目錄中，makefile定義了一系列的規則來指定，哪些檔案需要先編譯，哪些檔案需要後編譯，哪些檔案需要重新編譯，甚至於進行更復雜的功能操作，因為 makefile就像一個Shell指令碼一樣，其中也可以執行作業系統的命令.

#
# Makefile for Menu Program
#

CC_PTHREAD_FLAGS	     = -lpthread //給右側gcc等提供別名
CC_FLAGS                     = -c 
CC_OUTPUT_FLAGS	             = -o
CC                           = gcc
RM                           = rm
RM_FLAGS                     = -f

TARGET  =   menu
OBJS    =   linktable.o  menu.o

all:	$(OBJS)
	$(CC) $(CC_OUTPUT_FLAGS) $(TARGET) $(OBJS)

.c.o:
	$(CC) $(CC_FLAGS) $<　　//$<為自動變數

clean:
	$(RM) $(RM_FLAGS)  $(OBJS) $(TARGET) *.bak

　　9.lab7.1

　　在lab7.1中，將分層設計思想進一步發揮，將 menu 層與 linktable 層一樣，徹底從 main（）函式內分離出來，實現了進一步的解耦合與模組化。

　　在本lab中，新增 MenuConfig() 函式與 ExecuteMenu() 函式，將 menu 層完全提取出來，並在menu.h檔案內向外部提供相關 menu 功能的介面，menu.h內容如下所示

/* add cmd to menu */
int MenuConfig(char * cmd, char * desc, int (*handler)());

/* Menu Engine Execute */
int ExecuteMenu();

　　至此，徹底將 Menu 層，LinkTable 層徹底與main()函式分割開來，程式設計師只需在 main() 函式內呼叫相關介面便可實現Menu的初始化，修改與執行。程式設計師此時便徹底將底層封裝了起來，現在只需要關注底層對外提供的介面便可實現對功能的修改。

　　10.lab7.2

　　lab7.2較lab7.1程式碼方面並無改動，而是增加了 readme.txt 檔案，為使用者提供了使用指南，提供了該專案的Build流程與操作指南。

　　至此，本專案搭建完畢，雖然 menu 專案並不算太大，但其中包含的軟體工程的思想卻體現的淋漓盡致，麻雀雖小，五臟俱全。模組化設計，可重用介面，執行緒安全，使用者體驗度等等在該專案中均有所體現，下面筆者就這些方面的談一下自身的理解與總結。

三、Menu小程式引發的一系列問題的思考

　　1.模組化程式設計

　　模組化設計與可重用介面有著千絲萬縷的聯絡，這都是模組化程式設計的內容，將程式的不同功能分割為獨立的，可互換的模組。

　　目標是為了實現高內聚，低耦合的目標

　　將程式中不同功能分為不同的模組，一方面邏輯結構更加清晰，另一方面便於分工。不同的模組之間要協同合作才可以實現最終的功能，而不同模組之間是如何協同的呢，這就引入了介面的概念。介面：通常是說模組或元件留給外界使用的方式，稱作介面，即你在使用這些模組或框架或者其他什麼的時候，你所真正使用的東西就是API介面，另外介面在特定的程式語言中有特定的含義和語法要求。

　　我認為模組化設計主要目標是使得邏輯結構更加簡單，將不同的功能模組分別實現，對外部僅僅提供API介面，隱藏了底部程式碼的實現細節，不僅保證了程式碼的安全性（防止不懂的使用者隨意修改而造成錯誤）,而且也方便了程式設計師的呼叫，同時出現問題的時候，也方便了程式設計師進行Debug。還有一層次要的目標是為了方便分工，現如今軟體的體量越來越大，許多工程不太可能靠一個人的力量完成，需要很多人協同合作，這樣將不同的功能模組分給不同的程式設計師，其他程式設計師只要知道其他功能的介面便可呼叫該功能。

　　而可重用介面我認為主要目標是不要重複造輪子，真正的程式碼工程是追求效率的，很多功能既然已經實現了，若我們為了追求效率，當然希望直接呼叫他人已經實現的功能，這時，介面的作用便體現出來，當然了，若是我們為了學習，增強自己的程式碼能力，還是建議自己親手實現以下相關功能。

　　menu小程式中，孟老師便是將模組化設計與可重用介面很好的體現出來，我們將該程式分為了三部分

• 　　linktable

• 　　menu

• 　　主函式

　　在 linktable.h 內提供了對 linktable 資料結構進行建立，增加，刪除，查詢操作的介面（函式宣告在上面已經給出）

　　在 menu.h 內提供了對menu選單進行配置與執行功能的介面

　　而程式設計師只需要在主函式內呼叫上面兩個 .h 檔案給出的介面，便可實現menu的所有功能。每個不同的模組內聚程度都很高，不同模組之間的耦合儘可能的降到了最低，不會因為單個模組出現問題，而導致其他模組出現問題。

　　　2.執行緒安全

　　　　執行緒安全本質上就是記憶體的安全，

　　　　不可重入函式執行緒不安全，執行緒安全不一定是可重入函式，而可重入函式一定是執行緒安全的

　　　　確保執行緒安全最基本的操作時加鎖，當對一個共享變數進行操作時，對其加鎖，確保其他執行緒不會同時修改該變數，當操作完畢後進行解鎖。

　　　　本例中，執行緒安全就是通過加鎖的方式。

struct LinkTable
{
    tLinkTableNode *pHead;
    tLinkTableNode *pTail;
    int			SumOfNode;
    pthread_mutex_t mutex;//確保執行緒安全的鎖

};

//加鎖與解鎖示例
pthread_mutex_lock(&(pLinkTable->mutex));//對變數SumOfNode進行加鎖
pLinkTable->pHead = pLinkTable->pHead->pNext;
pLinkTable->SumOfNode -= 1 ;
pthread_mutex_unlock(&(pLinkTable->mutex));//對變數進行解鎖    

　　加鎖屬於互斥同步的一種， 互斥同步是最常見的一種併發正確性保障手段。同步是指在多執行緒併發訪問共享資料時，保證共享資料在同一時刻只被一個執行緒使用（同一時刻，只有一個執行緒在操作共享資料）。而互斥是實現同步的一種手段，臨界區、互斥量和訊號量都是主要的互斥實現方式。因此，在這4個字裡面，互斥是因，同步是果；互斥是方法，同步是目的。

　　現在隨著硬體指令集的發展，出現了基於衝突檢測的樂觀併發策略，通俗地說，就是先進行操作，如果沒有其他執行緒爭用共享資料，那操作就成功了；如果共享資料有爭用，產生了衝突，那就再採用其他的補償措施。（最常見的補償錯誤就是不斷地重試，直到成功為止），這種樂觀的併發策略的許多實現都不需要把執行緒掛起，因此這種同步操作稱為非阻塞同步。

　　我們在書寫程式碼時，一定要注意執行緒安全問題，因為有些時候出現執行緒不安全的情況後，很長一段時間不會再出現類似情況，這種情況下程式設計師debug會十分痛苦... 因此要格外注意

　　這篇隨筆到這就結束了，通過對孟老師 menu 小程式的分析，我也領悟了很多軟體工程中的重要思想，在此也做了簡要的總結與分析，若有錯誤，歡迎大家指出，最後感謝教授這門課的孟寧老師的教誨。