【.NET】控制檯應用程序的各種交互玩法

老周是一個不喜歡做界面的碼農，所以很多時候能用控制檯交互就用控制檯交互，既方便又佔資源少。有大夥伴可能會說，控制檯全靠打字，不好交互。那不一定的，像一些選項類的交互，可以用鍵盤按鍵（如方向鍵），可比用鼠標快得多。當然了，要是要觸控的話，是不太好用，只能做UI了。

關於控制檯交互，大夥伴們也許見得最多的是進度條，就是輸出一行但末尾不加 \n，而是用 \r 回到行首，然後輸出新的內容，這樣就做出進度條了。不過這種方法永遠只能修改最後一行文本。

於是，有人想出了第二種方案——把要輸出的文本存起來（用二維數組，啥的都行），每次更新輸出時把屏幕內容清空重新輸出。這就類似於窗口的刷新功能。缺點是文本多的時候會閃屏。

綜合來說，局部覆蓋是最優方案。就是我要修改某處的文本，我先把光標移到那裏，覆蓋掉這部分內容即可。這麼一來，咱們得了解，在控制檯程序中，光標是用行、列定位的。其移動的單位不是像素，是字符。比如 0 是第一行文本，1 是第二行文本……對於列也是這樣。所以，(2, 4) 表示第三行的第五個字符處。這個方案是核心原理。

當然了，上述方案只是程序展示給用戶看的，若配合用戶的鍵盤輸入，交互過程就完整了。

下面給大夥伴們做個演示，以便了解其原理。

internal class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 我們先輸出三行
        Console.WriteLine("====================");
        Console.WriteLine("你好，小子");
        Console.WriteLine("====================");

        // 我們要改變的是第二行文本
        // 所以top=1
        int x = 10;
        do
        {
            // 重新定位光標
            Console.SetCursorPosition(0, 1);
            Console.Write("離爆炸還剩 {0} 秒", x);
            Thread.Sleep(1000);
        }
        while ((--x) >= 0);

        Console.SetCursorPosition(0, 1);
        Console.Write("Boom!!");
        Console.Read();
    }
}

SetCursorPosition 方法的簽名如下：

public static void SetCursorPosition(int left, int top);

left 參數是指光標距離控制檯窗口左邊沿的位移，top 參數指定的是光標距離窗口上邊沿的位移。因此，left 表示的是列，top 表示的是行。都是從 0 開始的。

你得注意的是，在覆蓋舊內容的時候，要用 Write 方法，不要調用 WriteLine 方法。你懂的，WriteLine 方法會在末尾產生換行符，那樣會破壞原有文本的佈局的，覆寫後會出現N多空白行。

咱們看看效果。

這時候會發現一個問題：輸出“Boom!!”後，後面還有上一次的內容未完全清除，那是因爲，新的內容文本比較短，沒有完全覆寫前一次的內容。咱們可以把字符串填充一下。

Console.Write("Boom!!".PadRight(Console.BufferWidth, ' '));

BufferWidth 是緩衝區寬度，即一整行文本的寬度。Buffer 指的是窗口中輸出文本的一整塊區域，它的面積會大於/等於窗口大小。不過，咱們好像也沒必要填充那麼多空格，比竟文本不長，要不，咱們就填充一部分空格好了。

Console.Write("Boom!!".PadRight(30, ' '));

30 是總長度，即字符加上填充後總長度爲 30。好了，這下子就完美了。

存在的問題：直接運行控制檯應用程序是一切正常的，但如果先啓動 CMD，再運行程序就不行了。原因未知。

咱們也不總是讓用戶輸入命令來交互的，也可以列一組選項，讓用戶去選一個。下面咱們舉一例：運行後輸出五個選項，用戶可以按上、下箭頭鍵來選一項，按 ESC/回車可以退出循環。

static void Main(string[] args)
{
    // 下面這行是隱藏光標，這樣好看一些
    Console.CursorVisible = false;
    const string Indicator = "* ";     // 前導符
    int indicatWidth = Indicator.Length;// 前導符長度

    // 先輸出選項
    string[] options = [
        "雪花",
        "梨花",
        "豆腐花",
        "小花",
        "眼花"
    ];
    foreach(string s in options)
    {
        Console.WriteLine(s.PadLeft(indicatWidth + s.Length));
    }

    // 表示當前所選
    int currentSel = -1;
    // 表示前一個選項
    int prevSel = -1;

    ConsoleKeyInfo key;
    while(true)
    {
        key = Console.ReadKey(true);
        // ESC/Enter 退出
        if (key.Key == ConsoleKey.Escape || key.Key == ConsoleKey.Enter)
        {
            // 光標移出選項列表所在的行
            Console.SetCursorPosition(0, options.Length+1);
            break;
        }
        switch (key.Key)
        {
            case ConsoleKey.UpArrow:    // 向上
                prevSel = currentSel;   // 保存前一個被選項索引
                currentSel--;
                break;
            case ConsoleKey.DownArrow:
                prevSel = currentSel;
                currentSel++;
                break;
            default:
                // 啥也不做
                break;
        }
        // 先清除前一個選項的標記
        if(prevSel > -1 && prevSel < options.Length)
        {
            Console.SetCursorPosition(0, prevSel);
            Console.Write("".PadLeft(indicatWidth, ' '));
        }
        // 再看看當前項有沒有超出範圍
        if (currentSel < 0) currentSel = 0;
        if (currentSel > options.Length - 1) currentSel = options.Length - 1;
        // 設置當前選擇項的標記
        Console.SetCursorPosition(0, currentSel);
        Console.Write(Indicator);
    }
    if(currentSel != -1)
    {
        var selItem = options[currentSel];
        Console.WriteLine($"你選的是：{selItem}");
    }
}

首先，CursorVisible 屬性設置爲 false，隱藏光標，這樣用戶在操作過程看不見光標閃動，會友好一些。畢竟我們這裏不需要用戶輸入內容。

選項內容是通過字符串數組來定義的，先在屏幕上輸出，然後在 while 循環中分析用戶按的是不是上、下方向鍵。向上就讓索引 -1，向下就讓索引 +1。爲什麼要定義一個 prevSel 變量呢？因爲這是單選項，同一時刻只能選一個，被選中的項前面會顯示“* ”。當選中的項切換後，前一個被選的項需要把“* ”符號清除掉，然後再設置新選中的項前面的“* ”。所以，咱們需要一個變量來暫時記錄上一個被選中的索引。

如果你的程序邏輯複雜，這些功能可以封裝一下，比如用某結構體記錄選擇狀態，或者乾脆加上事件處理，當按上、下鍵後調用相關的委託觸發事件。這裏我爲了讓大夥伴們看得舒服一些，就不封裝那麼複雜了。

運作過程是這樣的：

1、初始時，一個沒選上；

2、按【向下】鍵，此時當前被選項變成0（即第一項），上一個被選項仍然是 -1；

3、前一個被選項是-1，無需清除前導字符；

4、設置第0行（0就是剛被選中的）的前導符，即在行首覆寫上“* ”；

5、繼續按【向下】鍵，此時被選項爲 1，上一個被選項爲 0；

6、清除上一個被選項0的前導符，設置當前項1的前導符；

7、如果按【向上】鍵，當前選中項變回0，上一個被選項是1；

8、清除1處的前導符，設置0處的前導符。

其他選項依此類推。

來，看看效果。

怎麼樣，還行吧。可是，你又想了：要是在被選中時改變一下背景色，豈不美哉。好，改一下代碼。

……
// 先清除前一個選項的標記
if(prevSel > -1 && prevSel < options.Length)
{
    Console.SetCursorPosition(0, prevSel);
    // 把背景改回默認
    Console.ResetColor();
    Console.Write("".PadLeft(indicatWidth, ' ') + options[prevSel]);
}
// 再看看當前項有沒有超出範圍
if (currentSel < 0) currentSel = 0;
if (currentSel > options.Length - 1) currentSel = options.Length - 1;
// 設置當前選擇項的標記
// 這一次不僅要寫前導符，還要重新輸出文本
Console.BackgroundColor = ConsoleColor.Blue;    // 背景藍色
Console.SetCursorPosition(0, currentSel);
// 文本要重新輸出
Console.Write(Indicator + options[currentSel]);
……

ResetColor 方法是重置顏色爲默認值，BackgroundColor 屬性設置文本背景色。顏色一旦修改，會應用到後面所輸出的文本。所以當你要輸出不同樣式的文本前，要先改顏色。

效果很不錯的。

咱們擴展一下思路，還可以實現能動態更新的表格。請看以下示例：

static void Main(string[] args)
{
    // 隱藏光標
    Console.CursorVisible = false;
    // 控制檯窗口標題
    Console.Title = "萬人迷賽事直通車";
    // 生成隨機數對象，稍後用它隨機生成時速
    Random rand = new(DateTime.Now.Nanosecond);
    // 第0行：標題
    Console.WriteLine("2023非正常人類摩托車大賽");
    // 第1行：分隔線
    Console.WriteLine("--------------------------------------------");
    // 第2行：表頭
    Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Green;
    Console.Write("{0,-4}", "編號");
    Console.Write("{0,-8}", "選手");
    Console.Write("{0,-5}", "顏色");
    Console.Write("{0,-8}\n", "實時速度(Km)");
    Console.ResetColor();   // 重置顏色

    // 數據
    string[][] data = [
        ["1", "張天師", "白", "78"],
        ["2", "王光水", "藍", "81"],
        ["3", "戴胃王", "紅", "80"],
        ["4", "馬真帥", "黃", "77"],
        ["5", "鍾小瓶", "黑", "83"],
        ["6", "江三鱉", "紫", "78"]
    ];
    // 輸出數據
    foreach (var dt in data)
    {
        Console.Write("{0,-6}{1,-7}{2,-6}{3,-5}\n", dt[0], dt[1], dt[2], dt[3]);
    }

    // 數據列表開始行
    int startLine = 3;
    // 數據列表結束行
    int endLine = startLine + data.Length;
    // 覆寫開始列
    int startCol = 23;
    // 循環更新
    while(true)
    {
        for(int i = startLine; i < endLine; i++)
        {
            // 生成隨機數
            int num = rand.Next(60, 100);
            // 移動光標
            Console.SetCursorPosition(startCol, i);
            // 覆蓋內容
            Console.Write($"{num,-5}");
            // 暫停一下
            Thread.Sleep(300);
        }
    }
}

這個例子在 while 循環內生成隨機數，然後逐行更新最後一個字段的值。

運行效果如下：

下面咱們來做來好玩的進度條。

static void Main(string[] args)
{
    Console.CursorVisible = false;
    // 進度條模板
    string strTemplate = "[               {0,5:P0}              ]";
    Console.WriteLine(string.Format(strTemplate, 0.0d));

    for (int i = 0; i <= 100; i++)
    {
        // 計算比例
        double pc = (double)i / 100;
        // 產生進度文件
        string pstr = string.Format(strTemplate, pc);
        // 兩邊的中括號不用覆蓋
        var subContent = pstr[1..^1];
        // 總字符數
        int totalChars = subContent.Length;
        // 有多少個字符要高亮顯示
        int highlightChars = (int)(pc * totalChars);

        // 定位光標
        Console.SetCursorPosition(1, 0);
        // 改變顏色
        Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Black;
        Console.BackgroundColor = ConsoleColor.DarkYellow;
        // 先寫前半段字符串
        Console.Write(subContent.Substring(0, highlightChars));
        // 重置顏色
        Console.ResetColor();
        // 再寫後半段字符串
        Console.Write(subContent.Substring(highlightChars));
        // 暫停一下
        Thread.Sleep(100);
    }
    // 重置顏色
    Console.ResetColor();
    Console.WriteLine();
    Console.Read();
}

效果如下：

說說原理：

1、進度字符串的格式：[ 100% ]，百分比顯示部分固定爲五個字符（格式控制符 {0,5:P0}）；

2、頭尾的中括號是不用改變的，但[、]之間的內容需要每次刷新；

3、根據百分比算出，代表進度的字符個數。方法是 HL = 字符串總長（除去兩邊的中括號）× xxx%；

4、將要覆蓋的字符串內容分割爲兩段輸出。

a、第一段字符串輸出前把背景色改爲深黃色，前景色改爲黑色。然後輸出從 0 索引處起，輸出 HL 個字符；

b、第二段字符串輸出前重置顏色，接着從索引 HL 起輸出直到末尾。

隨着百分比的增長，第一段字符的長度越來越長——即背景爲DarkYellow 的字符所佔比例更多。

現在，獲取控制檯窗口句柄來繪圖的方式已經不能用了。不過，咱們通過字符也是可以拼接圖形的。咱們看例子。

#pragma warning disable CA1416
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.CursorVisible = false;  // 隱藏光標
            Console.SetWindowSize(100, 100);
            Bitmap bmp = new Bitmap(32, 32);
            using(Graphics g = Graphics.FromImage(bmp))
            {
                g.Clear(Color.White);
                // 畫筆
                Pen myPen = new(Color.Black, 1.0f);
                g.DrawEllipse(myPen, new Rectangle(0, 0, bmp.Width-1, bmp.Height-1));
            }
            // 逐像素訪問位圖
            // 如果遇到黑色就填字符，白色就是空格
            for(int h = 0; h < bmp.Height; h++)
            {
                // 定位光標
                Console.SetCursorPosition(0, h);
                for (int w = 0; w < bmp.Width; w++)
                {
                    Color c = bmp.GetPixel(w, h);
                    // 黑色
                    if(c.ToArgb() == Color.Black.ToArgb())
                    {
                        Console.Write("**");
                    }
                    // 白色
                    else
                    {
                        Console.Write("  ");
                    }
                }
            }

        }
#pragma warning restore CA1416

控制檯應用程序項目要添加以下 Nuget 包：

<ItemGroup>
  <PackageReference Include="System.Drawing.Common" Version="8.0.0" />
</ItemGroup>

這是爲了使用 Drawing 相關的類。我說說上面示例的原理：

1、先創建內存在的位圖對象（Bitmap類）；

2、用 Graphics 對象，以黑色鋼筆畫一個圓。注意，筆是黑色的，後面有用；

3、逐像素獲取位圖的顏色，映射到控制檯窗口的行、列中。如果像素是黑色，就輸出“**”，否則輸出“ ”（兩個空格）。

爲什麼要用兩個字符呢？用一個字符它的寬度太窄，圖像會變形，只好用兩個字符了。漢字就不需要，一個字符即可。

咱們看看效果。

生成位圖時，尺寸不要太大，不然很佔屏幕。畢竟控制檯是以字符來計量的，不是像素。

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