Linux第一个小程序——进度条 | 认识缓冲区

本章为 Linux 专栏第 8 课，欢迎小伙伴们阅读学习~

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本章主要内容：理解缓冲区的概念、利用缓冲区的性质实现进度条的小程序。

本章学习目标：

1.巩固 make/makefile 的使用；

2.练习Linux下多文件操作；

3.了解缓冲区概念

gogogo！！！

1.认识缓冲区

缓冲区的概念

缓冲区是内存空间的一部分。也就是说，在内存空间中预留了一定的存储空间，这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区。缓冲区根据其对应的是输入设备还是输出设备，分为输入缓冲区和输出缓冲区。

如何证明缓冲区的存在

让我们通过一段简单的代码观察到缓冲区的存在。

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

int main()
{
  printf("hello world");

  //sleep函数——Linux中的一个休眠函数
  sleep(3);
  
  return 0;
}

按照正常的逻辑，这段代码执行的结果应该是：先打印 " hello world " ，再休眠 3 秒。但是程序当执行后，我们观察到的却是先停留了 3 秒，又打印出 " hello world " 。

（拼手速截的图，小伙伴们可以手动尝试，感受更深）

在休眠的 3 秒期间，数据 " hello world " 并没有刷新出来（指的是没有打印在屏幕上），3 秒之后才出现在屏幕上。那么在休眠的三秒期间，数据 " hello world " 一定是被保存起来了，那么保存到哪里了呢？答案就是——缓冲区。

缓冲区有自己的刷新策略。一般系统默认程序结束后将缓冲区中的内容刷新出来，也可以我们手动去刷新，例如：

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

int main()
{
  printf("hello world");
  //刷新缓冲区
  fflush(stdout);
  sleep(3);
  return 0;
}

这次的执行结果是，先打印了 " hello world " ，再休眠 3 秒；

缓冲区的作用

我们为什么要引入缓冲区呢？

比如我们从磁盘里取信息，我们先把读出的数据放在缓冲区，计算机再直接从缓冲区中取数据，等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取，这样就可以减少磁盘的读写次数，再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作，故应用缓冲区可大大提高计算机的运行速度。

又比如，我们使用打印机打印文档，由于打印机的打印速度相对较慢，我们先把文档输出到打印机相应的缓冲区，打印机再自行逐步打印，这时我们的CPU可以处理别的事情。现在您基本明白了吧，缓冲区就是一块内存区，它用在输入输出设备和CPU之间，用来缓存数据。它使得低速的输入输出设备和高速的CPU能够协调工作，避免低速的输入输出设备占用CPU，解放出CPU，使其能够高效率工作。

2.认识 '\n' 与 '\r'

'\n' 可以说是我们的老朋友了，但是你真的了解他吗？

我们电脑输入内容时，是怎么确定要在哪个位置输入内容呢？那就是看光标在哪个位置。

'\r' 的作用是——回车；'/n' 的作用是——回车+换行；

回车：光标回到本行的开头位置；

换行：光标的列坐标不变，换到下一行；

同时，它俩还有一个相同的作用——刷新缓冲区。

例如：

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

int main()
{
  printf("hello world\r");

  sleep(3);
  return 0;
}

有的小伙伴可能会好奇，为什么没有打印出 "hello world" 呢？原因是 "hello world" 其实已经被打印出来了，只不过 '\r' 使光标回到了本行开头，而机器从光标所在位置向后显示内容，所以说 "hello world" 是被覆盖掉了。

至于为什么会显示 [hxy@...] 这一串内容，因为这是 Linux 中默认会显示的命令行提示符，同样，它也是从光标位置开始显示。

再来看看 '\n' ：

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

int main()
{
  printf("hello world\n");

  sleep(3);
  return 0;
}

到这里，我们已经认识了缓冲区与 '\r' '\n'。根据之前的小demo，我们可以完成一个简单的进度条小程序了。

3.实现进度条小程序

接下来我们就用刚刚学到的东西完成一个这样的进度条；

进度条的实现分为 3 个部分：

part1：条状加载图案；

part2：数字加载进度；

part3：加载动画；

part1

part1 部分实现的思路是：

1.定义一个数组，数组大小看个人喜好，但是需要注意预留一个位置给 '/0' ；

2.循环打印数组的全部内容。每次打印完毕，向数组内添加一个字符STYLE，造成进度条慢慢变长的效果；

3.使用 '\r' ，使每次打印数组内容时都能覆盖上次打印的内容。

代码实现

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

#define SIZE 101
#define STYLE '/'                                                                                                                 

void process()
{
   char bar[SIZE];
   memset(bar,'\0',sizeof(bar));
 
   int i =0;
   while(i<=100)
   {
     printf("[%-100s]\r",bar);

     fflush(stdout);
     bar[i++] = STYLE;
 
     //每过一秒加载一次
     sleep(1);
   }
 
   printf("\n");
}

实现效果

part2

part2 部分较为简单，只需在上述代码中稍加改动即可。

代码实现

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

#define SIZE 101
#define STYLE '/'                                                                                                                 

void process()
{
   char bar[SIZE];
   memset(bar,'\0',sizeof(bar));
 
   int i =0;
   while(i<=100)
   {
     printf("[%-100s] [%d%%]\r",bar,i);

     fflush(stdout);
     bar[i++] = STYLE;
 
     //每过一秒加载一次
     sleep(1);
   }
 
   printf("\n");
}

实现效果

part3

我们采用循环打印 " | / - \ " 这四个字符来模拟加载动画的效果。

1.定义一个字符数组 char* lable = " | / - \ "；

2.用 lable[i%4] 控制打印的内容（i%4的作用是，控制 i 在区间 [0,3]）；

代码实现

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

#define SIZE 101
#define STYLE '/'                                                                                                                 

void process()
{
   const char* lable = "|/-\\";
   char bar[SIZE];
   memset(bar,'\0',sizeof(bar));
 
   int i =0;
   while(i<=100)
   {
     printf("[%-100s] [%d%%][%c]\r",bar,i,lable[i%4]);

     fflush(stdout);
     bar[i++] = STYLE;
 
     //每过一秒加载一次
     sleep(1);
   }
 
   printf("\n");
}

实现效果

到此为止，一个进度条小程序的实现就完成了，小伙伴们快实现自己的进度条样式吧。