C语言全解析:从入门到精通

第14章 实际应用

在这一章中，我们将探讨C语言在实际项目中的应用。通过学习这些实际应用，你可以更好地理解如何将C语言的知识应用于解决现实世界的问题。我们将讨论一些常见的应用场景，如文件处理、网络编程、图形界面编程和嵌入式系统开发。

14.1 文件处理

文件处理是C语言中常见的应用场景之一，用于读取、写入和处理文件数据。

14.1.1 读取和写入文件

我们已经在前面的章节中学过了文件的基本操作。这里我们通过一个更复杂的例子来巩固这些知识。

示例：读取和写入文件

假设我们有一个包含学生信息的文件 students.txt，每行包含学生的姓名和成绩，格式如下：

Alice 85
Bob 90
Charlie 78

我们需要读取这个文件，计算所有学生的平均成绩，并将结果写入另一个文件 results.txt。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    FILE *input = fopen("students.txt", "r");
    FILE *output = fopen("results.txt", "w");

    if (input == NULL || output == NULL) {
        printf("Failed to open file\n");
        return 1;
    }

    char name[50];
    int score;
    int total_score = 0;
    int student_count = 0;

    while (fscanf(input, "%s %d", name, &score) != EOF) {
        total_score += score;
        student_count++;
    }

    double average_score = (double)total_score / student_count;

    fprintf(output, "Average Score: %.2f\n", average_score);

    fclose(input);
    fclose(output);

    printf("Average score: %.2f\n", average_score);

    return 0;
}

14.2 网络编程

网络编程用于实现客户端和服务器之间的通信。C语言提供了丰富的库函数来支持网络编程，如 socket、connect、bind、listen 和 accept。

14.2.1 创建一个简单的TCP服务器

示例：TCP服务器

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    const char *response = "Hello from server";

    // 创建 socket
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("Socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定 socket 到地址和端口
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, addrlen) < 0) {
        perror("Bind failed");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接请求
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("Listen failed");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server listening on port %d\n", PORT);

    // 接受连接请求
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t *)&addrlen)) < 0) {
        perror("Accept failed");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 读取客户端消息
    read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
    printf("Received message: %s\n", buffer);

    // 发送响应
    send(new_socket, response, strlen(response), 0);
    printf("Response sent\n");

    // 关闭 socket
    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

14.2.2 创建一个简单的TCP客户端

示例：TCP客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in server_address;
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    const char *message = "Hello from client";

    // 创建 socket
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("Socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    server_address.sin_family = AF_INET;
    server_address.sin_port = htons(PORT);

    // 将 IP 地址从字符串转换为网络字节序
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_address.sin_addr) <= 0) {
        perror("Invalid address/ Address not supported");
        close(sock);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 连接到服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address)) < 0) {
        perror("Connection failed");
        close(sock);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 发送消息
    send(sock, message, strlen(message), 0);
    printf("Message sent\n");

    // 读取服务器响应
    read(sock, buffer, BUFFER_SIZE);
    printf("Received response: %s\n", buffer);

    // 关闭 socket
    close(sock);

    return 0;
}

14.3 图形界面编程

图形界面编程用于创建用户友好的应用程序。C语言可以通过使用库如GTK+、Qt或Windows API来实现图形界面编程。

14.3.1 使用GTK+创建一个简单的窗口

示例：使用GTK+创建一个简单的窗口

首先，确保你已经安装了GTK+库。在Ubuntu上，可以使用以下命令安装：

sudo apt-get install libgtk-3-dev

然后，编写以下代码：

#include <gtk/gtk.h>

static void on_window_destroy(GtkWidget *widget, gpointer data) {
    gtk_main_quit();
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    GtkWidget *window;

    // 初始化 GTK+
    gtk_init(&argc, &argv);

    // 创建窗口
    window = gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
    gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window), "Hello, GTK+");
    gtk_window_set_default_size(GTK_WINDOW(window), 300, 200);
    g_signal_connect(window, "destroy", G_CALLBACK(on_window_destroy), NULL);

    // 显示窗口
    gtk_widget_show_all(window);

    // 进入主循环
    gtk_main();

    return 0;
}

编译并运行：

gcc `pkg-config --cflags gtk+-3.0` -o gtk_example gtk_example.c `pkg-config --libs gtk+-3.0`
./gtk_example

14.4 嵌入式系统开发

嵌入式系统开发是C语言的一个重要应用领域。C语言的高效性和低级特性使其非常适合嵌入式系统的开发。

14.4.1 一个简单的嵌入式系统示例

假设我们有一个基于ARM架构的嵌入式系统，需要编写一个简单的LED控制程序。

示例：控制LED

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>

#define LED_BASE 0x400FF000  // 假设LED寄存器基地址
#define LED_SIZE 0x1000      // 寄存器区域大小

int main() {
    int fd;
    volatile unsigned int *led_reg;

    // 打开 /dev/mem 设备
    fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);
    if (fd < 0) {
        perror("Failed to open /dev/mem");
        return 1;
    }

    // 映射 LED 寄存器到用户空间
    led_reg = (volatile unsigned int *)mmap(NULL, LED_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, LED_BASE);
    if (led_reg == MAP_FAILED) {
        perror("mmap failed");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 控制 LED
    *led_reg = 0x1;  // 打开 LED
    sleep(1);
    *led_reg = 0x0;  // 关闭 LED

    // 解映射内存
    munmap((void *)led_reg, LED_SIZE);

    // 关闭文件描述符
    close(fd);

    return 0;
}

14.5 小结

通过本章的学习，我们探讨了C语言在实际项目中的应用，包括文件处理、网络编程、图形界面编程和嵌入式系统开发。这些应用场景展示了C语言的强大功能和灵活性，帮助你将理论知识应用于解决现实世界的问题。