C++面向对象语言自制多级菜单，可移植进嵌入式系统
因为要做一个小应用，需要一个菜单类，在网上找了许久，也没有找到一款心仪的菜单类，索性用C++语言，自制一个命令行级别的菜单类，并制作成库，现记录下来，供以后借鉴。
一、特性
- 无限制条目
- 无限制层级
- 用户自定义条目和动作
- 脚本式生成菜单类
二、代码实现
(一)菜单类
菜单类主要负责菜单的创建、修改、删除，是包含菜单结构组织和响应函数的模型，用户拥有充分的自主性，可根据需要自定义菜单显示和响应函数。其中菜单项使用vector容器数据结构，根据用户命令可进行菜单创建、修改、删除，而显示和响应函数则利用函数指针进行保存，体现了回调函数的特性。
/*
菜单类
(c) hele 2024
菜单类主要负责菜单的创建、修改、删除，是包含菜单结构组织和响应函数的模型，用户拥有充分的自主性，需要自定义菜单显示和响应函数
*/
class HeleMenu {
private:
void (*p_action)()=nullptr; //回调函数指针，菜单响应函数
void (*p_display)(string &name, vector<string> &content, unsigned int &index)=nullptr;//回调函数指针，菜单显示函数
public:
string name; //当前菜单名称
HeleMenu *p_father; //父节点指针，默认NULL
vector<string> p_childrenName; //下级菜单项名称，默认empty无下级菜单
vector<HeleMenu *> p_children; //下级菜单项，默认empty无下级菜单
unsigned int index; //菜单项选择指示位，默认0
static HeleMenu * parseMenu(string bat, void (*p_display[])(string&, vector<string>&, unsigned int&), void (*p_action[])()); //解析脚本生成菜单
HeleMenu(string name = "", HeleMenu *p_father = nullptr); //带菜单名称、父节点指针的构造函数，默认菜单名为无名，默认父节点值为空
void addToMenus(); //添加菜单项到菜单本
void addValue(string value); //添加菜单单个叶节点
int addValues(vector<string> values); //添加菜单叶节点
void changeValue(string value); //修改菜单叶节点
HeleMenu *getChild(unsigned int index = 0); //获取指定序号的子节点，默认第0项子节点
string getValue(); //获取菜单叶节点
void removeAllItem(); //删除菜单所有节点
void attachAction(void (*p_action)()); //添加动作回调函数
void attachDisplay(void (*p_display)(string&, vector<string>&, unsigned int&)); //添加显示回调函数 0.菜单名，1.显示内容，2.选中项
void action(); //菜单响应函数
void display(); //菜单显示函数
};
/*解析脚本生成菜单*/
HeleMenu * HeleMenu::parseMenu(string bat, void (*p_display[])(string&, vector<string>&, unsigned int&), void (*p_action[])()) {
vector<char> stack_simul; //符号栈
vector<HeleMenu*> stack_p; //指针栈
vector<string> stack_name; //名称栈
HeleMenu * root = nullptr; //初始化根菜单指针
uint8_t countAction = 0;
for (uint8_t i = 0; i < bat.length();) {
string name = ""; //菜单名
uint8_t step = 0; //菜单名长，即距下次读取的步长
char a = bat[i];
if ('{' == a) { //有子菜单
HeleMenu *father = nullptr;
if (stack_p.size() > 0) { //有父菜单
father = stack_p.back(); //弹出指针栈
}
if (stack_name.size() > 0) {
name = stack_name.back(); //读取名称
}
HeleMenu * m1 = new HeleMenu(name, father); //构建菜单
m1->attachDisplay(p_display[countAction]);
m1->attachAction(p_action[countAction++]);
m1->addToMenus();
stack_simul.push_back('{'); //压入符号栈
stack_p.push_back(m1); //压入菜单指针
i++;
} else if ('}' == a) { //子菜单结束
stack_simul.pop_back(); //弹出符号栈
root = stack_p.back(); //弹出菜单指针栈
stack_p.pop_back();
stack_name.pop_back(); //弹出名称栈
i++;
} else if (',' == a) {
i++;
} else { //若有菜单名或值
for (uint8_t j = i; j < bat.length() && '{' != bat[j] && '}' != bat[j] && ',' != bat[j]; j++,step++) { //读菜单名或值
name.append(&bat[0]+j,1); //适应中文
}
stack_name.push_back(name);
i += step;
if (stack_simul.size() > 0 && '{' == stack_simul.back() && ('}' == bat[i] || ',' == bat[i])) { //若为值
stack_p.back()->addValue(name);
}
}
}
return root;
}
/*带菜单名称、父节点指针的构造函数，默认菜单名为无名，默认父节点值为空*/
HeleMenu::HeleMenu(string name, HeleMenu *p_father) {
this->name = name;
this->p_father = p_father;
this->index = 0;
this->p_action = nullptr;
this->p_display = nullptr;
}
/*添加菜单项到菜单本*/
void HeleMenu::addToMenus() {
if (this->p_father != nullptr) {
this->p_father->p_childrenName.push_back(this->name); //赋予菜单内容
this->p_father->p_children.push_back(this); //将菜单指针注册到父菜单
}
}
/*添加菜单单个叶节点*/
void HeleMenu::addValue(string value) {
this->p_childrenName.push_back(value);
this->p_children.push_back(nullptr); //添加空指针，表示无下级菜单，即叶节点
}
/*添加菜单叶节点*/
int HeleMenu::addValues(vector<string> values) {
unsigned int i = 0;
for (; i < values.size(); i++) {
this->p_childrenName.push_back(values[i]); //赋予值项
this->p_children.push_back(nullptr); //添加空指针，表示无下级菜单，即叶节点
};
return i;
}
/*添加动作回调函数*/
void HeleMenu::attachAction(void (*p_action)()) {
this->p_action = p_action;
}
/*添加显示回调函数*/
void HeleMenu::attachDisplay(void (*p_display)(string&, vector<string>&, unsigned int&)) {
this->p_display = p_display;
}
/*菜单响应函数*/
void HeleMenu::action() {
this->p_action(); //回调动作函数
}
/*将某项叶节点改成对应值，实现菜单动态显示*/
void HeleMenu::changeValue(string value) {
this->p_childrenName.at(this->index) = value;
}
/*菜单显示函数*/
void HeleMenu::display() {
this->p_display(this->name, this->p_childrenName, this->index); //回调显示函数，1.显示内容，2.选中项
}
/*获取指定序号的子节点*/
HeleMenu * HeleMenu::getChild(unsigned int index) {
return this->p_children.at(index);
}
/*获取某项叶节点值，实现菜单动态显示*/
string HeleMenu::getValue() {
return this->p_childrenName.at(this->index);
}
/*删除菜单所有节点*/
void HeleMenu::removeAllItem() {
for(auto i:this->p_children) { //释放子节点内存
free(i);
}
this->p_childrenName.clear();
this->p_children.clear();
this->index = 0; //序号防越界，恢复默认值
}
（二）菜单浏览器类
菜单浏览器类主要负责菜单结构的浏览导航。私有变量是2个菜单类指针，1个是根目录指针，1个是当前目录指针。
/*
菜单浏览器类
(c)hele 2024
菜单浏览器主要负责菜单结构的浏览
*/
class HeleMenuViewer {
private:
static HeleMenu *p_rootMenu, *p_currentMenu; //内置根菜单指针、当前菜单项指针
public:
static void init(HeleMenu *p_rootMenu); //初始化函数
static HeleMenu * getCurrentMenu(); //获取当前菜单指针
static HeleMenu * getRootMenu(); //获取根菜单指针
static void gotoFather(); //跳转到父菜单
static void gotoChild(); //跳转到子菜单，序号指示在菜单类里
static void gotoChild(unsigned int index, unsigned int selected=0); //跳转到指定序号的菜单，默认其选中子菜单第0项
static void gotoRoot(); //跳转到根菜单
static void selectUp(); //向上选择
static void selectDown(); //向下选择
static void action(); //当前菜单响应
static void display(); //显示当前菜单
};
/*初始化菜单管理类的内置根菜单和当前菜单指针为空指针*/
HeleMenu *HeleMenuViewer::p_rootMenu = nullptr;
HeleMenu *HeleMenuViewer::p_currentMenu = nullptr;
/*当前菜单响应*/
void HeleMenuViewer::action() {
p_currentMenu->action();
}
/*显示当前菜单*/
void HeleMenuViewer::display() {
p_currentMenu->display();
}
/*获取当前菜单指针*/
HeleMenu * HeleMenuViewer::getCurrentMenu() {
return p_currentMenu;
}
/*获取根菜单指针*/
HeleMenu * HeleMenuViewer::getRootMenu() {
return p_rootMenu;
}
/*跳转到父菜单*/
void HeleMenuViewer::gotoFather() {
if (p_currentMenu->p_father != nullptr) {
p_currentMenu = p_currentMenu->p_father;
}
}
/*跳转到子菜单，序号指示在菜单类里*/
void HeleMenuViewer::gotoChild() {
if (p_currentMenu->p_children.size() > 0 && p_currentMenu->p_children[p_currentMenu->index] != nullptr) { 防止无子项
p_currentMenu = p_currentMenu->p_children[p_currentMenu->index];
}
}
/*跳转到指定序号的菜单，默认其选中子菜单第0项*/
void HeleMenuViewer::gotoChild(unsigned int index, unsigned int selected) {
if (index < p_currentMenu->p_children.size()) { //防止越界
p_currentMenu->index = index; //更新菜单指示位置
gotoChild();
if (selected < p_currentMenu->p_children.size()) {
p_currentMenu->index = selected;
}
}
}
/*跳转到根菜单*/
void HeleMenuViewer::gotoRoot() {
p_currentMenu = p_rootMenu;
}
/*初始化函数，为根菜单指针赋值*/
void HeleMenuViewer::init(HeleMenu *p_rootMenu) {
HeleMenuViewer::p_rootMenu = p_rootMenu;
}
/*向下选择*/
void HeleMenuViewer::selectDown() {
if (p_currentMenu->p_childrenName.size() > 0) { //防除0错误
p_currentMenu->index = (p_currentMenu->index + 1) % p_currentMenu->p_childrenName.size();
}
}
/*向上选择*/
void HeleMenuViewer::selectUp() {
if (p_currentMenu->p_childrenName.size() > 0) { //防除0错误
p_currentMenu->index = (p_currentMenu->index - 1 + p_currentMenu->p_childrenName.size()) % p_currentMenu->p_childrenName.size();
}
}
(三)库的生成
网上的资料有很多了，在此仅简单记录。
##静态库生成与调用，用HeleMenu.cpp生成库##
#编译生成.o链接文件
g++ -c HeleMenu.cpp
#利用.o文件生成静态库，文件名必须以lib***.a形式命名
ar -crv libHeleMenu.a HeleMenu.o
#调用静态库生成目标程序
g++ -o main.exe CreateAndShowMenu.cpp -L . -lHeleMenu
g++ CreateAndShowMenu.cpp libHeleMenu.a -o main.exe
-------------------------------------------------
##动态库生成与调用，用HeleMenu.cpp生成库##
#生成.o链接文件
g++ -c HeleMenu.cpp
#利用.o文件生成动态库，文件名必须以lib***.so形式命名
g++ -shared -fpic -o libHeleMenu.so HeleMenu.o
#调用动态库生成目标程序
g++ -o main.exe CreateAndShowMenu.cpp -L . -lHeleMenu
g++ CreateAndShowMenu.cpp libHeleMenu.so -o main.exe
-------------------------------------------------
代码编译优化
-O0 禁止编译器优化，默认此项
-O1 尝试优化编译时间和可执行文件大小
-O2 更多的优化，尝试几乎全部的优化功能，但不会进行“空间换时间”的优化方法
-O3 在-O2基础上再打开一些优化选项
-Os 对生成文件大小进行优化。会打开-O2开的全部选项，除了那些会增加文件大小的
三、使用示例
主要有2种方法实现用户自定义的菜单类，共同点是attachDisplay和attachAction所带的参数均为用户自定义的函数。
（一）手动生成
/*手动生成菜单*/
HeleMenu *m1 = new HeleMenu();
m1->attachDisplay(display_root);
m1->attachAction(action_root);
HeleMenuViewer::init(m1); //初始化根菜单
//
HeleMenu *m2 = new HeleMenu("历史记录",m1);
m2->attachDisplay(display);
m2->attachAction(action);
m2->addToMenus();
m2 = new HeleMenu("操作",m1);
m2->addValues({"保存","不保存"});
m2->attachDisplay(display);
m2->attachAction(action_operate);
m2->addToMenus();
m2 = new HeleMenu("菜单",m1);
m2->attachDisplay(display);
m2->attachAction(action);
m2->addToMenus();
m1 = m2; //构建下一层子菜单
m2 = new HeleMenu("对比度", m1);
m2->addValues({"1", "2", "3", "4"});
m2->attachDisplay(display_compare);
m2->attachAction(action_compare);
m2->addToMenus();
m1->addValues({/*对比度,*/ "全部清除","重启","关机"/*,"校准","关于"*/});
m2 = new HeleMenu("校准",m1);
m2->addValue("确认");
m2->attachDisplay(display);
m2->attachAction(action_adjust);
m2->addToMenus();
m2 = new HeleMenu("关于",m1);
m2->addValue("(c)hele 2024\n这是一个菜单类，可以帮助你生成自定义菜单，同时还可以设置动作");
m2->attachDisplay(display);
m2->attachAction(action);
m2->addToMenus();
HeleMenuViewer::gotoRoot(); //到达根菜单
while (true) { //启动
system("cls");
HeleMenuViewer::display();
HeleMenuViewer::action();
}
（二）脚本生成
主要利用菜单类parseMenu函数实现，写了1个解析器，可以实现菜单类的自动生成。
/*脚本生成菜单*/
void (*p_display[])(string&, vector<string>&, unsigned int&) = {/*root*/display_root, /*log*/display, /*operate*/display, /*menu*/display, /*constrast*/display_compare, /*adjust*/display, /*about*/display};
void (*p_action[])() = {/*root*/action_root, /*log*/action, /*operate*/action_operate, /*menu*/action, /*constrast*/action_compare, /*adjust*/action_adjust, /*about*/action};
HeleMenu *m1 = HeleMenu::parseMenu("{历史{},操作{save,unsave},菜单{对比度{1,2,3,4},clearAll,rePower,shutdown,校准{confirm},关于{(c)hele 2024，这是一个菜单}}}", p_display, p_action);
HeleMenuViewer::init(m1);
HeleMenuViewer::gotoRoot(); //到达根菜单
while (true) { //启动
system("cls");
HeleMenuViewer::display();
HeleMenuViewer::action();
}
parseMenu所带的参数共3个，第1个是菜单结构字符串，也就是生成菜单结构的脚本，后面2个参数分别是显示函数指针数组和响应函数指针数组。为便于理解，下面我将用户自定义菜单结构展开：
{
log{
},
operate{
save,unsave
},
menu{
constrast{
1,2,3,4
},
clearAll,
rePower,
shutdown,
adjust{
confirm
},
about{
(c)hele 2024
}
}
}
每一个'{'都意味着该项目有子菜单，每一个'}'意味着该菜单结束，每一个','都意味着有同级菜单，以上这3个符号均是关键词，均是英文字符。所有菜单除内容中间可以有空格外，其余地方不能有多余的空格。支持中文。
（三）演示
主要使用上、下、左、右、空格、回车、退出这些按键，只实现部分功能。
四、不足与展望
运用C++面向对象思维进行编程，代码体积大，效率低；
利用脚本生成菜单是个新颖的思路，但容错性不好，没有对脚本进行规范化的检查，对用户不友好；
可以利用ArduinoSTL库，将此库移植进Arduino系列单片机项目中；
使用了动态分配内存技术，对于RAM较小的单片机，容易内存溢出。
五、参考资料
- GCC编译步骤、动态库和静态库的创建和使用、ELF库简介及查看方法
- C语言（函数指针数组）详解
- 字符编码详解及利用C++ STL string遍历中文字符串
- 自制的Arduino多级菜单类
- C++库文件string，vector
