Linux操作系统从入门到实战（十二）Linux操作系统第一个程序（进度条）

前言

在前文中，我们学习了Linux开发工具中make/Makefile的自动化构建知识，包括基础语法、推导过程与扩展规则。

• 今天，我们将基于这些知识，动手实现Linux环境下的第一个实战程序——动态进度条。这个程序虽简单，却能帮我们理解C语言输入输出、缓冲区机制、Makefile构建流程等核心知识点，为后续复杂程序开发打下基础。

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一、Makefile自动化构建

要实现进度条程序，首先需要通过Makefile管理编译流程。一个清晰的Makefile能让我们更高效地编译、调试和清理代码。

完整Makefile代码

BIN=download   # 最终生成的可执行文件名
CC=gcc         # 编译器指定为gcc
SRC=$(wildcard *.c)  # 匹配当前目录下所有.c源文件
OBJ=$(SRC:.c=.o)     # 将所有.c文件替换为.o目标文件

# 链接阶段：将所有目标文件合并为可执行文件
$(BIN): $(OBJ)
        @$(CC) -o $@ $^ 
        @echo "链接完成：$^ → $@"

# 编译阶段：将单个.c文件编译为.o目标文件
%.o: %.c
        @$(CC) -c $< 
        @echo "编译中：$< → $@"

# 清理编译产物（伪目标）
.PHONY: clean
clean:
        rm -f $(OBJ) $(BIN)
        @echo "清理完毕！"

Makefile解析

1. 变量定义

   • BIN=download：指定最终生成的可执行文件名为download；
   • CC=gcc：指定编译器为gcc；
   • SRC=$(wildcard *.c)：通过wildcard通配符匹配当前目录下所有.c源文件（如process.c、main.c）；
   • OBJ=$(SRC:.c=.o)：将SRC中所有.c后缀替换为.o，自动生成目标文件列表（如process.o、main.o）。

2. 核心规则

   • 链接规则 $(BIN): $(OBJ)：表示download依赖所有.o文件，通过gcc -o $@ $^将目标文件链接为可执行文件（$@代表目标download，$^代表所有依赖的.o文件）；
   • 编译规则 %.o: %.c：通配符规则，将任意.c文件编译为同名.o文件（$<代表依赖的.c文件）；
   • 清理规则 clean：通过rm删除编译生成的.o和可执行文件，PHONY声明clean为伪目标（避免与同名文件冲突）。

3. 静默编译
   规则前的@符号用于隐藏命令本身的输出，只显示自定义提示（如“编译中：process.c → process.o”），使输出更简洁。

使用方法

1. 编译程序：在终端执行make，自动完成编译和链接，生成download可执行文件；
2. 运行程序：执行./download，即可看到动态进度条效果；
3. 清理文件：执行make clean，删除所有编译生成的文件（.o和可执行文件）。

二、进度条核心实现

进度条的核心是动态刷新显示进度，需要解决三个问题：如何计算进度、如何实时更新显示、如何控制刷新频率。我们将通过process.h（声明）、process.c（实现）和main.c（场景模拟）三个文件实现。

1. 头文件 process.h

#ifndef PROCESS_H  // 头文件防护：防止重复包含
#define PROCESS_H

// 进度条长度：100个字符+1个终止符'\0'
#define LENGTH 101
// 进度条填充字符
#define LABLE '*'

// 依赖的头文件
#include <string.h>   // 字符串操作（strlen/memset）
#include <unistd.h>   // 延时函数（usleep）
#include <stdio.h>    // 输入输出（printf/fflush）

// 函数声明
// 根据目标值和当前值刷新进度条
void FlushProcess(double target, double current);
// 简易进度条（带动态符号）
void Process();

#endif  // PROCESS_H

解析：

• 宏定义LENGTH=101：进度条最多显示100个*，加上字符串终止符\0，总长度为101；
• 头文件防护#ifndef PROCESS_H：避免同一头文件被多次包含导致的函数/变量重复定义；
• 函数声明：明确对外提供的接口，方便其他文件调用。

2. 实现文件 process.c

#include "process.h"

// 根据目标值和当前值刷新进度条
void FlushProcess(double target, double current)
{
    // 计算进度百分比（当前值/目标值*100）
    double rate = (current / target) * 100.0;
    // 进度条填充的字符数（取整数部分）
    int cnt = (int)rate;
    
    // 初始化进度条缓冲区
    char bar[LENGTH];
    memset(bar, 0, sizeof(bar));  // 清空缓冲区（避免脏数据）
    
    // 填充进度条：前cnt个字符为LABLE（'*'）
    for(int i = 0; i < cnt; i++)
        bar[i] = LABLE;
    
    // 打印进度条：
    // [%-100s]：左对齐100个字符（确保进度条长度固定）
    // [%.lf%%]：显示百分比（%%转义为%）
    // \r：回到行首（覆盖当前行，实现动态刷新）
    printf("[%-100s][%.lf%%]\r", bar, rate);
    // 强制刷新缓冲区（避免输出被缓冲不显示）
    fflush(stdout);
}

// 简易进度条（带动态旋转符号）
void Process()
{
    // 动态旋转符号（循环显示：| / - \）
    const char *symb = "|/-\\"; 
    int s_len = strlen(symb);  // 符号长度为4
    
    char bar[LENGTH];
    memset(bar, '\0', sizeof(bar));  // 清空缓冲区
    int cnt = 0;  // 当前进度（0~100）
    
    // 从0%到100%循环刷新
    while(cnt <= 100)
    {
        // 打印格式：进度条 + 百分比 + 旋转符号
        printf("[%-100s][%d%%][%c]\r", bar, cnt, symb[cnt % s_len]);
        fflush(stdout);  // 强制刷新
        
        // 更新进度：填充一个字符，进度+1
        bar[cnt++] = LABLE;
        // 延时20ms（控制刷新速度，避免太快看不清）
        usleep(20000);  // 单位：微秒（20000us = 20ms）
    }
    // 进度完成后换行（避免后续输出覆盖）
    printf("\n");
}

核心解析：

• FlushProcess函数：根据“当前值/目标值”计算进度，用*填充进度条，通过printf打印；
• \r（回车符）：使光标回到行首，下次打印时覆盖当前行，实现“动态刷新”（区别于\n换行）；
• fflush(stdout)：标准输出默认是“行缓冲”（遇到\n才输出），这里用fflush强制刷新，确保实时显示；
• usleep(20000)：延时20毫秒，控制进度条刷新速度（若不延时，进度会瞬间完成）；
• 旋转符号symb：通过cnt % 4循环显示| / - \，模拟“加载中”的动态效果。

3. 主函数 main.c（场景模拟）

#include "process.h"

// 模拟下载场景参数
#define TARGET_SIZE 1024.0  // 目标文件大小（单位：M）
#define SPEED 1.0           // 下载速度（单位：M/100ms）

// 模拟下载过程
void Download(double target, double step)
{
    double current = 0.0;  // 当前已下载大小
    while(current < target)
    {
        // 刷新进度条（当前进度=current/目标）
        FlushProcess(target, current);
        // 模拟下载耗时（100ms）
        usleep(100000);  // 100000us = 100ms
        // 累加已下载大小
        current += step;
    }
    // 下载完成后换行（避免后续输出覆盖）
    printf("\n");
}

int main()
{
    // 调用下载模拟函数
    Download(TARGET_SIZE, SPEED);
    return 0;
}

场景说明：

• 模拟“文件下载”场景：目标文件大小1024M，每次下载1M，耗时100ms；
• 循环调用FlushProcess：每次下载后更新进度条，直到下载完成；
• 最后printf("\n")：进度完成后换行，避免终端后续输出与进度条重叠。

三、效果

效果展示

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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