Linux操作系统从入门到实战（十一）回车换行问题与用户缓冲区问题

前言

• 前面的博客里我们讲解了Linux开发工具自动化构建-make/Makefile里的基础知识和细节，make/Makefile的推导过程与扩展语法
• 接下来我们继续讲解用户缓冲区问题

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一、回车换行问题

在计算机中，“回车”和“换行”是两个源自机械打字机时代的概念，对应两个不同的控制字符，在 Linux 系统中有明确的区分和使用规则。

1. 回车（\r）回到行首

• 含义：\r 是“Carriage Return”（回车）的缩写，源自机械打字机——当打完一行字后，需要把“打字头”（carriage）拉回到行的开头，才能继续在新的位置打字。
• 效果：在屏幕或终端中，\r 的作用是让光标直接跳回到当前行的最左侧（不换行）。

举例：如果终端显示 abcdef，此时输出 \r123，光标会回到行首，然后打印 123，最终显示 123def（123 覆盖了 abc 的位置）。

2. 换行（\n）换到下一行

• 含义：\n 是“Line Feed”（换行）的缩写，同样源自机械打字机——打完一行后，需要把纸向上“喂”一行（换行），才能继续在下一行打字。
• 效果：在屏幕或终端中，\n 的作用是让光标直接跳到下一行（但默认会同时回到下一行的行首，这是 Linux 的优化）。

举例：如果终端显示 abc，输出 \n123 后，会先换行到下一行，再打印 123，最终显示：

abc
123

3. Linux 中的处理规则

Linux（以及 Unix 系统）对这两个字符的处理非常直接：

• 用 \n 表示“换行+回车”：在 Linux 中，文本文件的换行统一用 \n 表示。当程序遇到 \n 时，会同时完成“换行（跳到下一行）”和“回车（光标到行首）”的动作（相当于自动补全了 \r 的功能）。
• \r 仅单独使用：只有在需要单独“回到行首”时（比如动态刷新终端内容，如进度条），才会单独使用 \r。

二、sleep函数是什么？

1. 命令行函数 sleep( )

在Linux的CentOS系统里， sleep是一个系统调用，它的作用是让进程进入休眠状态，休眠时长以秒为单位。

该调用会使进程暂停运行，直到指定的秒数过去，或者进程接收到信号。

• 若休眠时间完整结束，就返回0。
• 要是因接收到信号而提前终止休眠，就返回剩余未休眠的秒数。
  这是一个命令行工具，可在shell脚本里使用，用于暂停脚本的执行。

（1）头文件与原型

#include <unistd.h>
unsigned int sleep(unsigned int seconds);

（2）基本用法

sleep NUMBER[SUFFIX]

• 其中，NUMBER 代表数字，SUFFIX 表示时间单位：
  • s 代表秒（这是默认单位）。
  • m 代表分钟。
  • h 代表小时。
  • d 代表天。

（3）示例

sleep 5      # 暂停5秒
sleep 2m     # 暂停2分钟
sleep 1h 30m # 暂停1小时30分钟

3. 代码示例

下面通过一个简单的C++程序来展示 sleep 的使用方法：

#include <iostream>
#include <unistd.h>  // 包含 sleep 函数
#include <ctime>     // 用于获取当前时间

int main() {
    std::cout << "开始休眠... 当前时间: " 
              << std::time(nullptr) << std::endl;

    // 休眠5秒
    unsigned int remaining = sleep(5);

    if (remaining == 0) {
        std::cout << "休眠了5秒后继续执行。当前时间: " 
                  << std::time(nullptr) << std::endl;
    } else {
        std::cout << "休眠被中断，剩余 " << remaining 
                  << " 秒。当前时间: " << std::time(nullptr) << std::endl;
    }

    return 0;
}

4. 编译运行

输入下面命令：

g++ -o sleep sleep.cpp

运行程序：

./sleep

三、用户缓冲区问题

1. 代码的执行顺序

• 我们先来看一组代码

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

int main()
{
    printf("hello world!");
    sleep(2);
    return 0;
}

这里代码的执行顺序是：

1. 先执行printf("hello world!")
2. 再执行sleep(2)
3. 最后程序退出

不过，我们观察到"hello world!"是在2秒等待之后才显示出来的，这和代码顺序似乎矛盾，这就和C语言的输出缓存机制有关了。

2. 输出缓存机制

C语言中，printf的内容通常会先被存到一个输出缓冲区里，而不是直接显示在屏幕上。缓冲区刷新到屏幕的时机由系统的刷新策略决定，常见的刷新策略有：

1. 行刷新：遇到换行符\n时刷新
2. 满刷新：缓冲区满时刷新
3. 程序退出时刷新

在我们代码里，printf("hello world!")没有包含换行符\n，所以内容会暂时停留在输出缓冲区中，直到：

• 后续代码中遇到换行符
• 缓冲区被填满
• 程序退出

而sleep(2)只是让程序暂停执行2秒，并不会刷新缓冲区，所以"hello world!"会在2秒等待之后，随着程序退出才被显示出来。

3. 手动刷新缓冲区

为了让"hello world!"在sleep(2)之前就显示出来，可以使用fflush函数手动刷新缓冲区：

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

int main()
{
    printf("hello world!");
    fflush(stdout);
    sleep(2);
    return 0;
}

fflush(stdout)的作用是强制把标准输出缓冲区里的内容立即刷新到屏幕上，这样在执行sleep(2)之前，我们就能看到"hello world!"已经显示出来了。

4. 刷新的示例

如果想利用行刷新策略，可以在printf中加上换行符：

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

int main()
{
    printf("hello world!\n");  
    sleep(2);
    return 0;
}

这样"hello world!"会在sleep(2)之前就显示出来，因为换行符\n触发了行刷新。

缓冲区机制是为了提高IO效率，而fflush给我们提供了手动控制缓冲区刷新的手段，在需要即时显示输出的场景下非常有用。

以上就是这篇博客的全部内容，下一篇我们将继续探索Linux的更多精彩内容。

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