Linux 第一个系统程序 - 进度条

发布于：2025-07-09 ⋅ 阅读:(21) ⋅ 点赞:(0)

目录

一、回车与换行概念

1、基本概念

2、历史背景

3、现代系统中的区别

二、行缓冲区实验引入

实验1：带换行符的输出

实验2：不带换行符的输出

三、标准I/O缓冲区机制

1、显示器刷新策略

2、相关概念

3、强制刷新缓冲区

fflush函数

实验3：手动刷新缓冲区

原理说明

四、倒计时程序

1. %-2d 格式化输出

2. \r 回车符

3. 为什么需要 %-2d？

五、进度条实现

文件结构

process.h（头文件）

process.c（进度条实现）

main.c（测试程序）

Makefile（构建文件）

功能说明

一、回车与换行概念

1、基本概念

  • 回车(Carriage Return): 将光标移动到当前行的行首，对应转义字符 \r

  • 换行(Line Feed): 将光标移动到下一行，对应转义字符 \n

2、历史背景

在老式打字机中：回车：将打印头移回行首        换行：将纸张向上移动一行

在老式键盘中的Enter键形象地表示了：

光标先换到下一行再回到行首位置，实际上就等价于\n+\r。

3、现代系统中的区别

  • Windows系统：使用 \r\n 表示换行

  • Unix/Linux系统：使用 \n 表示换行

  • Mac OS(早期)：使用 \r 表示换行

二、行缓冲区实验引入

实验1：带换行符的输出

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("hello bite!\n");
    sleep(3);
    return 0;
}

现象：立即输出"hello bite!"，然后等待3秒后程序结束

实验2：不带换行符的输出

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("hello bite!");
    sleep(3);
    return 0;
}

现象：先等待3秒，然后输出"hello bite!"并立即结束程序

        这段代码仅删除了字符串末尾的'\n'，但运行结果与之前有所不同：程序会先休眠3秒，然后才打印"hello world"并结束运行。这一现象证实了行缓冲区的存在。

        显示器采用行刷新机制，只有当缓冲区遇到'\n'或被写满时才会输出内容。在修改后的代码中，由于缺少'\n'，"hello world"首先被写入缓冲区。经过3秒休眠后，直到程序结束时才将该字符串输出到显示器上。

所以这里存在一个问题：我们如何在不使用'\n'的情况下将缓冲区中的数据输出？

三、标准I/O缓冲区机制

1、显示器刷新策略

  • 行缓冲(Line Buffering)：标准输出(stdout)默认使用行缓冲模式

    • 遇到换行符\n时自动刷新

    • 缓冲区（在内存中）满时自动刷新

    • 程序正常结束时自动刷新

2、相关概念

  1. 标准流：

    • stdin：标准输入（通常为键盘）

    • stdout：标准输出（通常为显示器）

    • stderr：标准错误（无缓冲，立即输出）

  2. 缓冲区类型：

    • 全缓冲：文件I/O通常使用

    • 行缓冲：终端I/O通常使用

    • 无缓冲：如stderr

3、强制刷新缓冲区

fflush函数

功能：强制刷新指定流的输出缓冲区

        然后回到上面的问题中，我们想到的解决方法是通过调用fflush函数强制刷新缓冲区，将数据立即显示在屏幕上：

实验3：手动刷新缓冲区

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("hello bite!");
    fflush(stdout);  // 手动刷新输出缓冲区
    sleep(3);
    return 0;
}

现象：立即输出"hello bite!"，然后等待3秒后程序结束

原理说明

  • 标准输出通常是行缓冲的，遇到\n或缓冲区满时会自动刷新

  • 使用fflush(stdout)可以强制刷新输出缓冲区

四、倒计时程序

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int i = 10;
    while(i >= 0)
    {
        printf("%-2d\r", i);  // 使用\r回车不换行
        fflush(stdout);       // 刷新输出缓冲区
        i--;
        sleep(1);             // 暂停1秒
    }
    printf("\n");            // 最后换行
    return 0;
}

对此上面的结论，如上，我们可以根据其内容编写一个倒计时的程序。

功能：实现从10到0的倒计时显示，在输出下一个数之前都让光标先回到本行行首，数字在同一位置更新，就得到了倒计时的效果。

1. %-2d 格式化输出

  • %d：以十进制形式输出整数 i。

  • %2d：至少占用 2 字符宽度，如果数字不足 2 位，左侧补空格（右对齐）。

    • 例如：

      • 10 → "10"（刚好 2 位，不变）

      • 5 → " 5"（左侧补 1 空格）

  • %-2d：左对齐，不足 2 位时右侧补空格。

    • 例如：

      • 10 → "10"

      • 5 → "5 "（右侧补 1 空格）

2. \r 回车符

  • \r（Carriage Return）：将光标移动到当前行的行首，但不换行。

  • 效果：下一次输出会覆盖当前行的内容（实现倒计时的动态更新）。

3. 为什么需要 %-2d？

  • 如果直接用 %d\r：

    • 当数字从 10 变为 9 时，"10" 会被 "9" 覆盖，但第二个字符 0 可能残留，显示为 "90"（错误）。

  • 使用 %-2d：

    • 强制每个数字占 2 位，右侧补空格，确保完全覆盖前一次输出。

    • 例如：

      • 10 → "10"

      • 9 → "9 "（覆盖 "10"，不会残留 0）

五、进度条实现

文件结构

process.h（头文件）

#pragma once
#include <stdio.h>

// 简单进度条版本
void process_v1();

// 可配置进度条版本
void FlushProcess(double total, double current);

process.c（进度条实现）

#include "process.h"
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#define NUM 101     // 进度条长度+1
#define STYLE '='    // 进度条填充字符

// 版本1: 简单进度条
void process_v1()
{
    char buffer[NUM];
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    const char *lable = "|/-\\";  // 旋转指示器
    int len = strlen(lable);
    int cnt = 0;
    
    while(cnt <= 100)
    {
        printf("[%-100s][%d%%][%c]\r", buffer, cnt, lable[cnt%len]);
        fflush(stdout);
        buffer[cnt] = STYLE;
        cnt++;
        usleep(50000);  // 50ms延迟
    }
    printf("\n");
}

// 版本2: 可配置进度条
void FlushProcess(double total, double current)
{
    char buffer[NUM];
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    const char *lable = "|/-\\";
    int len = strlen(lable);
    static int cnt = 0;
    
    // 计算填充比例
    int num = (int)(current*100/total);
    for(int i = 0; i < num; i++)
    {
        buffer[i] = STYLE;
    }
    
    double rate = current/total;
    cnt %= len;
    printf("[%-100s][%.1f%%][%c]\r", buffer, rate*100, lable[cnt]);
    cnt++;
    fflush(stdout);
}

当我们想make时，会发现下面的错误： 

如果我们选择把定义放外面的话，for会不美观，但能解决错误：

int i = 0;

for(; i < num; i++)
{
        buffer[i] = STYLE;
}

main.c（测试程序）

#include "process.h"
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

double total = 1024.0;  // 模拟总下载量
double speed = 1.0;     // 模拟下载速度

void DownLoad()
{
    double current = 0;
    while(current <= total)
    {
        FlushProcess(total, current);
        // 模拟下载过程
        usleep(3000);        // 3ms延迟
        current += speed;    // 增加下载量
    }
    printf("\ndownload %.2lfMB Done\n", current);
}

int main()
{
    // 模拟多次下载
    for(int i = 0; i < 8; i++)
    {
        DownLoad();
    }
    return 0;
}

Makefile（构建文件）

SRC=$(wildcard *.c)
OBJ=$(SRC:.c=.o)
BIN=processbar

$(BIN):$(OBJ)
	gcc -o $@ $^

%.o:%.c
	gcc -c $<

.PHONY:
clean:
	rm -f $(OBJ) $(BIN)

结合上面的错误，我们还可以再Makefile中修改，直接按照报错要求来： 

SRC=$(wildcard *.c)
OBJ=$(SRC:.c=.o)
BIN=processbar

$(BIN): $(OBJ)
	gcc -o $@ $^ -std=c99  # 修正：添加 -std=c99

%.o: %.c
	gcc -c $< -std=c99      # 可选：如果其他 .c 文件也需要 C99

.PHONY: clean
clean:
	rm -f $(OBJ) $(BIN)

        但是我们按照要求来修改后，我们发现还是会出现有warning，但是能够成功构建可执行文件，我们不用管它： 

  1. 在某些系统（如较新的 Linux）中，usleep() 被标记为 废弃（obsolete），默认可能不暴露它的声明。

  2. 现代 Linux 推荐使用 nanosleep()，usleep() 只是为了兼容性保留。

  3. usleep() 确实被调用了，但编译器认为它的声明是“隐式”的（即没有找到正式的函数原型）。

  4. 程序能运行，是因为在链接阶段，usleep() 的实现（在 libc 或 librt 中）被正确找到，但编译阶段仍然有警告。

功能说明

  1. process_v1()：简单的100步进度条，自带循环

  2. FlushProcess()：更灵活的进度条，根据传入的总量和当前值计算进度

  3. DownLoad()：模拟下载过程，展示进度条的实际应用

进度条包含以下元素：

  • 进度条本身（用=填充）

  • 完成百分比

  • 旋转指示器（|/-\）表示程序正在运行

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