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第21章图书管理系统开发实例前面的章节系统地介绍了C语言的基本概念和重要知识点，并通过大量的范例来实现演示它们的使用方法和特性。为了使读者能够掌握C语言开发的基本步骤和熟练使用C语言的一些特性，下面以图书管理系统为例来介绍的应用程序开发过程。21.1需求分析对于图书管理系统而言，其最重要的功能是管理图书，包括增加书籍、删除书籍和查询书籍。其中，删除书籍和查询书籍的功能又可以细化为很多功能，比如删除某一个时间段内增加的书籍、删除某个作者的书籍、显示某个作者的所有书籍、显示书名带某个关键字的书籍等等。其次，需要提供一个友好的交互界面，这是用户接触到的最直接的东西，其设计必须人性化；然后还需要一些辅助功能，比如日志功能，它可以将所有的操作都记录在案。实际上，一个完整的图书系统还需要包括另外两个重要的功能：用户管理和数据库系统。由于篇幅有限，本系统将不考虑这两个功能。21.1需求分析整理以上的需求分析，可以得出本图书管理系统需要实现的功能主要包括以下三点：提供友好的用户交互界面；提供书籍的增加、删除、查询、批量创建等操作；提供历史日志以记录操作信息。21.2系统设计系统设计阶段可以理解为程序的概要设计，需要完成对系统结构的分析和设计，以及设计系统需要的主要数据结构。本小节将基于需求分析的结果，依次讨论了图书管理系统的系统架构和数据类型。21.2.1系统架构根据需求分析的结果，本系统至少要分为以下几个模块：main函数模块、用户界面管理模块、数据管理模块和历史日志模块。其中：main函数模块的主要功能为提供程序入口、前期环境设置、调用主要的执行函数和程序结束前的数据处理。用户界面管理模块主要提供用户交互界面，并在用户选择命令后触发相应模块。21.2.1系统架构数据管理模块的功能为本系统的核心模块，提供所有对书籍数据的操作请求的处理，包括增加书籍、删除书籍、搜索书籍、批量删除书籍、高级搜索书籍等等。历史日志模块主要提供用户行为记录、系统信息记录、异常信息记录等功能。辅助模块：全局配置模块。在这个模块中，会包含一些全局使用的信息，比如全局变量的定义，const变量、具名常量、枚举常量的定义等。21.2.1系统架构根据以上功能模块的划分，本系统的软件结构设计如下图所示。21.2.2数据结构本图书管理系统的核心数据对象是书籍。书籍信息中包含很多信息，包括：书名、作者、出版社、出版日期、入库日期、入库编号和页数等。因此，处理书籍信息的数据类型必须为结构体，将其命名为BookInfor。其中，书名、作者和出版社的数据类型为字符数组；入库编号和页数选择使用整型；而出版日期和入库日期由于包含年、月、日信息，因此需要使用另一个结构体，将其命名为TimeInfor。21.2.2数据结构因此，书籍信息类型可以声明如下：01typedefstruct{02charname[LEN_BOOK_NAME];/*书名*/03charauthor[LEN_AUTHER_NAME];/*作者*/04charpublisher[LEN_PUBLISHER_NAME];/*出版社*/05intserial;/*编号*/06intpage;/*页数*/07TimeInfortime_pub;/*出版日期*/08TimeInfortime_in;/*入库日期*/09}BookInfor;/*书籍信息类型*/21.2.2数据结构年份的值可以处理为4位整数，可以存储在16位二进制数中；月份和日子都可以处理为2位整数，都可以存储在8位二进制数中：因此，可以将时间数据类型TimeInfor处理为位域类型，声明如下：01typedefstruct{02unsignedyear:16;/*年*/03unsignedmonth:8;/*月*/04unsignedday:8;/*日*/05}TimeInfor;/*时间信息类型*/21.2.2数据结构本系统中的书籍数据是大批量数据，因此需要选择使用数组或者链表保存书籍数据。考虑到图书管理系统会很频繁地访问书籍信息，而增加和删除的操作相对较少，因此选择使用数组来保存。而又由于书籍数目是不可预期的，因此最好使用动态数组来处理数据。注意：数据结构要考虑时间复杂度和空间复杂度，同时还要考虑实现的复杂度。21.3main模块main模块包含在main.c文件中，其主题有三个函数：main函数、configure函数和clean函数。main函数即为读者早已熟悉的程序入口函数，其负责调用系统执行时的各个主要函数。而configure函数的功能为在程序开始时初始化或配置各种必须的变量和环境。21.3main模块clean函数的作用与configure函数相对应，其负责程序结束前的清理工作，比如清除程序中分配的堆内存等。本模块的程序流程图如下图所示，这也就是main函数的程序流程图。21.4用户界面模块用户界面模块的主要功能为图书管理系统的使用提供一个命令选择和导航的功能。现在流行的管理软件基本都是基于图形界面的，C语言也可以实现图形界面，但由于篇幅的限制，本系统只提供一个基于命令行的交互界面。具体地讲，本系统提供的交互方式与现行的电话服务系统类似：先列出一些以数字引导的命令选项，再由使用者输入选项编号实现命令选择。21.4.1程序流程将以上本模块的功能具体化并整理为如下：（1）进入用户界面模块（其方式为在main函数中调用该模块的主菜单）。（2）打印出主菜单，要求含有系统名称和第一级菜单，该第一级菜单的内容要求包括主要的功能选择：增加书籍、删除书籍、搜索书籍、批量删除、高级搜索和退出。（3）提示用户根据菜单选择要执行的功能。（4）进入选择的功能模块；如果该功能模块又含有多个选择，要求输出下一级菜单。所有的下层菜单选项中，要求都含有返回上级菜单的选项。21.4.1程序流程根据以上功能要求的描述设计出本系统的菜单导航示意图如下图所示。该图同时也是本模块主要函数以及函数间调用的程序流程图。21.4.2代码实现用户界面模块功能的代码实现都包含在menu.c文件中，menu.h文件包含了menu.c文件的接口信息。menu.c中需要含有所有的菜单打印函数和选择命令后触发下一操作的过程。21.4.2代码实现因此，menu.c文件需要包括以下函数：menu_main函数，打印主界面和第一级菜单，并选择下一操作。menu_add函数，打印增加书籍的二级菜单，并选择下一操作。menu_delete函数，输出删除书籍的二级菜单，并选择下一操作。menu_search函数，输出搜索书籍的二级菜单，并选择下一操作。21.4.2代码实现menu_batch_del函数，输出批量删除书籍的二级菜单，并选择下一操作。menu_advanced_sear函数，输出高级搜索书籍的二级菜单，并选择下一操作。menu_reload函数，输出载入书籍数据的二级菜单，并选择下一操作。menu_exit函数，退出操作所有二级菜单，在这里给出提示信息，并退出程序。menu_error函数，提示错误信息，并触发下一操作。21.4.2代码实现在这些函数中，除了menu_main函数会被外部调用外，其他函数暂时都只需要在本文件内使用，因此menu.h文件中只需包含menu_main这个函数的声明，同时其余函数都声明为static函数。若在以后需要在其他文件中调用这些static函数，再回来修改它的声明即可。注意：把所有不允许外部使用的函数都定义为static函数，以增强模块封装性。21.4.3编写menu_main函数：打印主界面和第一级菜单menu_main函数分为两部分，第一部分为主菜单内容，第二部分为输入选择，第三部分为根据选择触发对应的选项。21.4.4编写menu_choice函数此函数只在menu.c中使用，因此可声明为static函数。其功能为从键盘输入一个大于0并且小于指定数值的整数。21.4.5编写menu_add函数：打印增加书籍的二级菜单，menu_add函数提供了增加书籍的交互命令，从标准输入获取书籍信息，并调用数据管理模块中的书籍增加函数book_add，最后调用日志模块中的记录功能。进入menu_main函数后，当出现图21-4后，如果选择选项1，则会触发memu_add函数。由于该菜单函数只在用户界面模块中调用，并只在menu.c函数中调用，因此可以将其定义为static函数。21.4.6编写menu_delete函数：输出删除书籍的二级菜单menu_delete函数提供了删除书籍的交互界面。本系统提供了多种删除书籍的功能，包括按照书名删除、按作者删除、按出版社删除等，因此本函数需要提供二级菜单，以供用户选择；与menu_main函数类似，提供二级菜单后，需要提供一个选择结构以触发数据管理模块中的各种相应删除操作；最后，同样要提供日志记录和回到本级目录的功能。21.4.7编写menu_search函数：输出搜索书籍的二级菜单menu_search函数与menu_delete函数类似。它提供了搜索书籍的交互界面。同样地，本系统提供了多种搜索书籍的功能，包括按照书名搜索、按作者搜索、按出版社搜索等，因此本函数需要提供二级菜单，以供用户选择；同样地，提供二级菜单后，需要提供一个选择结构以触发数据管理模块中的各种相应搜索操作；最后，同样要提供日志记录和回到本级目录的功能。由于本函数功能和逻辑都与menu_search类似，由于篇幅限制，在此不多做介绍。21.4.8编写menu_reload函数：输出载入书籍数据的二级菜单menu_reload函数提供了从文件中导入书籍信息的交互界面，并触发导入数据的操作，最后记录日志后返回上级目录。函数实现如下：01staticvoidmenu_reload(void){/*重载的菜单*/02charfile_name[LEN_FILE_NAME]=\0;/*定义文件名字*/03printf(Reloadwhichfile:);/*提示信息*/04scanf(%s,file_name);/*输入文件名*/05book_reload(file_name);/*重载数据*/0607LOG_ACTIVITY(Endtoreloadbooks.);/*记录日志*/08menu_main();/*返回上级菜单*/09}21.4.9编写menu_exit函数：退出所有二级菜单当菜单选择时，如果输入值超出范围，将调用menu_exit函数。其功能为记录日志并退出系统。代码实现如下所示：01staticvoidmenu_exit(void){/*退出的菜单*/02LOG_ERROR(Quitthebookmanagementsystem.);/*记录日志*/03exit(1);/*退出系统*/04}21.5日志模块在所有的系统中，日志模块是必不可少的。它使使用者可以查看操作记录，还可以使管理者跟踪程序信息。在本系统中，日志模块完成两个功能：一、记录异常情况；二、记录用户的操作记录。每次做记录时都输出到两个地方：标准输出和日志文件。在介绍本模块的实现之前，先简单介绍一下如何在C程序中操作文件。21.5.1打开和关闭文件C语言中对文件的操作必须通过文件指针进行。处理文件时，程序需要知道文件的属性信息，例如文件的性质、文件的名字、文件的当前状态等。在C程序中，这些信息以结构体的方式结合在一起，每一个被操作的文件都会拥有一块内存空间存放属于它的结构体信息。这个结构体类型被定义为FILE。基于FILE变量，C标准输入输出函数库定义了fopen函数和fclose函数来实现文件的打开关闭操作。21.5.1打开和关闭文件fopen函数的声明如下：FILE*fopen(char*filename,char*mode);其中，filename字符串包含要打开的文件路径及其文件名；mode字符串则代表打开文件的方式：若为’r’，则为只读；若为’w’，为只写；若为’+’，则为可读也可写。如果打开成功，该函数返回打开文件的文件指针，必须通过该指针才能对文件进行操作；否则，函数返