Linux | 手把手教你写一个进度条小程序

文章目录

一、前言

• 学习了【vim】知道了如何编辑一个代码文本
• 学习了【gcc】知道了如何编译一个代码文本
• 学习了【make/Makefile】知道了如何自动化构建一个代码文本

今天，就让我们利用前面所学习的知识，在Linux上写一个小程序，来检验一下自己掌握的程度

【成品展示】

二、理解 ‘\r’ 与 ‘\n’

在写进度条之间呢，我们要理清两个概念，首先来看看什么是

\r\n

1、可显字符与控制字符

在C语言中呢，有很多的字符，大致分为【可显字符】和【控制字符】两大类

• 可显字符：也就是可以显示在屏幕上，我们能看得到的，例：a b c d 1 2 3 4…
• 控制字符：用来控制我们输出在屏幕上的一些格式，例：\n \r \t \b…

在我们日常写代码，写文章的过程中，写完一行后若是没有自动换行就需要敲下键盘中的

Enter

键来达到换行的效果。可是对于这个按键，实际上它在计算机内部做了两件事 —— 【换行】+【回车】

• \n —— 新起一行，光标位于行末【换行】
• \r —— 回到当前文本行的首部【回车】

2、老式键盘

在我们使用的键盘中，看到的

Enter

回车键，莫过于下面这两种，第一种出现在台式机多一些，第二种出现在笔记本多一些。不过就这么看来，还是这种老式键盘符合【换行】+【回车】的这么一个概念，也就是新起一行，然后在回到当前行的行首

• 不过平常呢我们在C语言中写代码的时候为何直接使用\n就可以起到【换行】+【回车】的功能呢，其实这是语言本身的范畴所决定的，在C语言中便自动解释成了这个意思，不过在其他地方可能只能起到【换行】的功能，\r需要我们手动加上
• 例如我们在Linux下写出一个文本的时候，就需要带上\r\n

三、缓冲区的概念理解

了解了

\r\n

的概念之后，我们继续来谈谈【缓冲区】的概念

1、五个代码段 + 现象分析

在这之前先普及两个Linux下的库函数

1. sleep() —— 睡眠 - Windows中的sleep()单位是毫秒；Linxu中的sleep()单位是秒- 其包含在头文件<unistd.h>中
2. fflush() —— 刷新流 - 格式：int fflush(FILE *stream);- 一般用来刷新输出流即stdout

接下去我们通过五段代码来逐步理解行缓冲的概念

代码1

#include<stdio.h>#include<unistd.h>intmain(){printf("hello linux!\n");sleep(3);return0;}

现象观察

• 首先看到的是我们平常写的普通的代码，我在最后加上了sleep()函数，相当于在打印输出完之后让程序睡上3秒，然后才会显示【命令提示符】

代码2

#include<stdio.h>#include<unistd.h>intmain(){printf("hello linux!");sleep(3);return0;}

现象观察

• 本段代码我将最后的\n给去除了，可以看出，我们要输出的【hello linux】并没有在第一时间打印，而是在睡眠3秒后和【命令提示符】一同进行打印，这是为何呢？

代码3

#include<stdio.h>#include<unistd.h>intmain(){printf("hello Makefile!");fflush(stdout);sleep(3);return0;}

现象观察

• 接着我又使用到了fflush()这个函数，将其放在sleep()函数之前，也就相当于是优先刷新了一下缓冲流，此时就可以看到【hello linux】立马先被打印了出来，等上3秒后才显示的【命令提示符】

代码4

#include<stdio.h>#include<unistd.h>intmain(){printf("hello linux!\r");sleep(3);return0;}

现象观察

• 可以看到，我在输出语句中加上了一个\r，当执行程序后便开始睡眠， 然后在3秒睡眠后便直接打印出了【命令提示符】，这是为何呢？我们原本要打印的数据去哪里了呢？

代码5

#include<stdio.h>#include<unistd.h>intmain(){printf("hello linux!\r");fflush(stdout);sleep(3);return0;}

现象观察

• 通过fflush()刷新流，我们提前显示了一下需要打印的数据，此时就可以看得很清楚，其实我们原本要打印的数据是在的，只是被【命令提示符】覆盖了而已

2、观察现象，提出问题❓

通过观察上面5个代码段以及它们所产生的现象，我们可以提出这样的问题

1. 当不加换行符\n时为何会先睡眠再打印？
2. 为何带上\n后数据会立马先显示出来，睡眠后才显示提示符？
3. 在加上回车\r后为什么看不到我们要的数据？刷新一下就有了呢？

3、行缓冲的概念 + 疑难解答

接下去我们就正式地来谈谈【缓冲区】的概念。文字居多、都是概念，还望理解😄

当我们编写完代码的时候，要将数据进行输出，此时在内存中会为其预留了一块空间，用来缓冲输入或输出的数据，这个保留的空间被称为缓冲区

• 缓冲区分为【无缓冲】、【行缓冲】、【全缓冲】三类，本文主要讲行缓冲
• 对于缓冲区而言，需要进行刷新才可以将里面的内容显示出来。可以在进程退出的时候让系统自动去刷新缓冲区；也可以自己去调用刷新缓冲区，例如fflush()函数

1. 当不加换行符\n时为何会先睡眠再打印？- 对于我们写的这段代码而言，属于顺序执行，所以一定是从上到下执行下来的，因此一定会先打印printf()语句中的内容。- 我们看不到这个内容不代表它不存在，只是它被预存在了缓冲区中，因为sleep()函数的缘故，导致这个缓冲区没有被刷新而已，所以它并没有丢失
2. 为何带上\n后数据会立马先显示出来，睡眠后才显示提示符？- 无论带不带\n，数据都会被保存在缓冲区里。缓冲区有很多自己的刷新策略【往显示器上打印就是行缓冲】，只要碰到了换行符，就会把换行符之前的所有内容全部显示出来- 所以字符串是以行缓冲的方式保存在了行缓冲区里，最后会显示出来的原因是我们的程序要退出了，所以曾经缓冲在缓冲区里的数据就会被刷新出来
3. 在加上回车\r后为什么看不到我们要的数据？刷新一下就有了呢？- 上面我们有谈到\r与\n的特点，知道了对于前者来说会回到当前行的行首，那是什么回到行首呢？通过观察动图可以发现是光标。当我们在输入一个字符时，光标就会后移，也就会移动到下一个要输入字符的位置。因此在我们什么都不加的时候便会顺着打印【命令提示符】- 那其实就可以说得通了，因为\r的原因，光标回到了行首，因此在3秒的等待后shell输出了【命令提示符】，便覆盖了我们原本所想要输出的内容

4、小结

好，看完行缓冲之后，也解答了遗留下来的疑难问题，我们来对其进行一个总结✒

• 程序内部存在缓冲区，无论带不带任何的【控制字符】，它都会在输出屏幕前将其保存在缓冲区中，缓冲区是需要刷新的，若是没有因为一些缘故，例如slepp()函数导致缓冲区延迟刷新，我们一时就看不到想要输出的内容。可以等待系统睡眠后自动刷新，也可以手动使用fflush()自动刷新
• 输入字符光标后移，要显示的内容都是从光标所在处开始的。光标和显示器相互匹配，光标在哪里，显示器打印的时候就从哪里开始打印

四、实现一个倒计时的功能

通过前面学习的有关

\r\n

以及缓冲区的知识，相信解开了你一直以来的很多困惑，现在我们先利用前面所学的一些知识，去实现一个数字倒计时的功能

1、实现从9 ~ 0的倒计时

• 首先我们来如何使一个数字从【9】变到【0】，那就是使用循环。然后我们在打印完每个数字之后使用sleep()函数睡眠一秒

1 #include <stdio.h>2 #include <unistd.h>34intmain(void)5{6int i =9;7while(i >=0)8{9printf("%d\n", i);10sleep(1);11         i--;12}13return0;14}

• 来看一下效果

• 但我们要实现的并不是这样，而是在一行内进行一个倒计时，而且每后一个数字会对前一个数字进行覆盖，那就可以这么去做 - 每打印完一个数字后进行一个回退，使光标重新回到行首，这样就使得后一个数字每次都可以覆盖掉前一个数字
• 那也就是我们前面学到过的\r回车 ——> printf("%d\r", i);

• 是的，你眼睛👀没有问题，如果看到最后就可以发现原本我们要显示的内容完全打印出来，这是为什么呢？还记得前面的知识吗？ - 这里先公布答案：因为缓冲区没刷新呢 ❗
• 我们每次在slepp()睡眠前将缓冲区刷新一下即可，保证在倒计时完不被命令行覆盖可以在最后加个换行

2、进阶：10 ~ 0的倒计时

再加个码，若是我从10开始倒计时，该怎么修改程序呢？你可试着先自己写写看✍

• 可以看到，若是我就将i修改一下从10开始的话，就会出现下面这样的情况，只有前面的数字会被覆盖，10后面的这个0会始终被保留下来，最后倒计时结束后便成了00

显示器打印原理解释

那要如何去修改呢？关于这点我要先普及一下有关显示器打印的原理

• 看到这句代码printf("%d\n", 123); 就是打印了一下123这个整数，但是在计算机内部进行处理后显示在屏幕上可不是这样，因为所有显示在屏幕上的内容都是字符
• 所以对于123其实并不是以一个整数的形式打印在屏幕上的，而是1、2、3这三个字符，进行显示，只是看上去像是数字一样。在计算机内部，会将你输入的一些整型数字首先转换为字符串的形式，然后去遍历这个字符串，用putc()这个函数将字符一一地打印在显示器上

所以我们一般把【键盘】【显示器】这些称做为字符设备

3、错误修改

知道了显示器字符打印的原理，接下去我们就可以对上面的代码做一个修改

• 因为打印的均为字符，那么10就算是有2个字符，所以我们每次在打印只需要预留出2个字符的位置就可以了，这样第一次打印10刚好占满两个字符的空间，后面在打印9 8 7...的时候虽然只有一个字符，但是还有一个预留的空间，所以就会把上一次打印的内容进行一个覆盖

printf("%2d\r", i);//C语言中的格式化占位符

五、进度条小程序【详解】

好，终于来到了我们心心念念的【进度条】了，有关我为什么要将前面的这些知识做铺垫，你看完本模块就知道了😄

1、准备工作

• 既然是个小程序，那我们就用工程的形式来编写，那就是使用【多文件】的形式。首先要创建一个【proc】的目录其中包含 - 一个头文件proc.h- 一个源文件proc.c- 一个主调文件main.c
• 这里充分的利用到了之前所学习的【vim】来进行多文件编写如下图所示👇

• 因为我们要对代码去进行编译，每次去重新编译会很冗杂，因此可以使用之前学过【make/Makefile】进行自动化构建
• 先前有说到过，目标文件它所依赖的是一个文件列表，不仅仅可以是一个，也可以是多个，例如这里的【main.c】与【proc.c】，因此在使用gcc进行编译的时候就需要对这两个.c的文件一起进行编译

• 那此时就有同学会问，不是还有一个proc.h吗？为何不进行一起编译呢？
• 这一点我之前在讲解【gcc】的时候也有提到过，我们在进行多文件编译时候是不需要考虑【头文件】的，因为在预处理阶段头文件就会在它被包含的.c源文件中进行展开，因此我们加了和没加一样，你想加的话也可以加上，不会有问题，不过一般我们是不加的

2、进度条样式说明

准备工作做好之后，我们来看看需要实现的进度条需要是一个什么样子

• 首先主体部分很明确，需要一个很大的空行，使用[ ]进行囊括，中间用==>这样的符号进行一个慢慢地推进
• 那既然是进度条，就一定有进度，一般使用百分比来进行显示，即50%
• 除了上面两个，我们还需要这个进度条有缓冲显示，也就是我们日常在Windows下看到的那种转圈圈的缓冲，不过呢，我们是在Linux环境下，无法做到这种图形化界面，但是我们可以使用旋转字符来进行一个模拟[|][/][-][\]

这就是进度条的大致形状，要先有个数

[=======================>][100%][/]

3、主体进度推进实现【重点】

首先要实现的是主体进度条的推进时间，先简单地实现一下这个进度条不断变长的过程(๑•̀ㅂ•́)و✧

下面是详细介绍，想直接看整体代码的可以拉到最后面

• 我们可以将整体进度条看作是一个字符串，现在要实现从0% ~ 100%的进度条扩展，因此就需要一个长度为101的字符数组，这里首先使用#define进行一个宏定义

#defineSIZE101

• 这里最令你困惑的应该是这个memset，为什么要使用它呢？因为我相当于是使用一个循环的方式，每次都去修改这个字符数组当前位置上的字符，将其变为=，然后每次去打印的时候下一个位置就会多出来一个=，此时在视觉上看其实就相当于是一个进度条在慢慢推进的样子😮，不过在最后不要忘记带上sleep()这个睡眠函数，让进度条每过一秒钟向后前进一个单位

memset(bar,'\0',sizeof(bar));//初始化整个bar字符串均为\0，sizeof(数组名)表示取到这个数组的字节大小

• 对于字符串我们知道自身就带有\0，因此我们每次在添加完当前位置的=后，还要在其后面添加上一个\0才行，这会显得很麻烦，于是我就想到了在一开始就将整个字符串的内容初始化为\0，对于sizeof(bar)来说也就是sizeof(数组名)，可以取到这个数组的整个字节大小，若是不懂的可以看看C语言数组章节

下面是代码

1 #include "proc.h"23 #define SIZE 10145voidprogress()6{7char bar[SIZE];8memset(bar,'\0',sizeof(bar));9//初始化整个bar字符串均为\0，sizeof(数组名)表示取到这个数组的字节大小1011int i =0;12while(i <=100)13{14printf("[%s]\n", bar);15         bar[i]='=';16         i++;17sleep(1);18}19}

然后来看一下上面这段代码的演示过程

• 很明显可以看出，我们想要的进度条并不是这样的，虽然它有在进行一个慢慢的推进，但是我们想要它只在一行进行一个推进，此时应该要想到将最后打印的换行符\n去掉，让光标每次回到行首，再打印这个字符串

printf("[%s]\r", bar);

不过可以看到，并没有显示出任何东西，此时相信你一定可以回答出来了，那就是：缓冲区没刷新！

fflush(stdout);

• 可以看到，因为每次都提前刷新了缓冲区，所以要打印的内容被显示出来了，因为sleep(1)每次睡眠一秒，使得进度条一个不断推进的效果

不过可以观察到这个进度条推进得很慢，那有没有办法使它快一点呢❓

• 此时我们可以到Linux中的另一个睡眠延时函数usleep()，我们可以通过【man】命令来查看一下它对应的手册
• 通过和sleep()函数进行对比可以发现它的单位不是【秒】，而是【微秒】，对应单位转换也就是106秒

• 此时我们就可以对睡眠函数去进行一个修改，106是1秒，那么105就是0.1秒

//sleep(1);             1秒// usleep(1000000);  1秒                                                                                  usleep(100000);//0.1秒

• 上面有说到过，对于主体的进度条是需要预留出一个100的空间，好呈现进度条从0 ~ 100的推进，就可以上面说到过的格式化占位符

printf("[%100s]\r", bar);

• 不过可以看到，加上之后是从右向左进行了一个推进，这不符合我们的认识，应该是从右向左才对，此时可以这样写，在100前面加个-

printf("[%-100s]\r", bar);

• 这么长的进度条，应该看了很烦把，把它改小，一样保持0% ~ 100%

• 改动的部分多一些，给出代码，主要是循环的条件、字符数组预留空间以及占位符

1 #include "proc.h"23 #define SIZE 5145voidprogress()6{7char bar[SIZE];8memset(bar,'\0',sizeof(bar));9//初始化整个bar字符串均为\0，sizeof(数组名)表示取到这个数组的字节大小1011int i =0;12while(i <=50)13{14printf("[%-50s]\r", bar);15         bar[i++]='=';16fflush(stdout);17// usleep(1000000);  1秒18usleep(100000);//0.1秒19}20printf("\n");21}

• 为了看出让被人看出这是一个进度条的样子，在后面追加一个>。重新定义一下

#defineSTYLE'='#defineARR'>'

• 为了使进度条在99%之前最后一个字符呈现【>】，而最后到100%为【=】，我们此处就需要再循环内部做一个判断若是其i != 50，就一直追加【>】，最后到达100%时便为【=】
• 那便需要预留出52个位置的空间

#defineSIZE52

if(i !=50) bar[i]= ARR;

此时来看的话我们进度条的主体部分就做完了

4、百分比递增实现

接下去我们来实现一下百分比递增这块

• 若是一开始很长的进度条，循环次数为101次的话直接输出下标i即可，但是我们修改了进度条的长度，所以需要使用i * 2，也可以实现一个0% ~ 100%的过程

printf("[%-50s][%d]\r", bar, i *2);

• 来给数字的后面加上一个【%】，不过可以看到，编译器不允许我们这样做，这点要涉及到.bat中的批处理程序，此时我们需要写上【%%】才算是一个【%】，你也可以理解为我们在写文件路径时的【\】当做【\】，防止出现转义字符的歧义 - 如果想了解可以看看这个文章——> 链接

printf("[%-50s][%d%%]\r", bar, i *2);

5、旋转字符轮回实现

接下去来实现最后的一个旋转字符的轮回，已到达图形化界面中的缓冲功能

• 这一块我们只需要定义一个字符数组，前面加上const是防止里面的内容被修改。而最后一个\\也就是我上面说到的【转义字符歧义】，其实它就是【\】

constchar* label ="|/-\\";

• 然后我们在打印的时候，要去实现一个轮回就需要用到一个取余%的操作，每次打印的都是【0 ~ 3】的倍数

printf("[%-50s][%d%%][%c]\r", bar, i *2, label[i %4]);

最后，就实现了一个完整的进度条

6、整体代码展示

1 #include "proc.h"23 #define SIZE 524 #define STYLE '='5 #define ARR '>'67voidprogress()8{9constchar* label ="|/-\\";10// printf("%c\n", label[0]);11char bar[SIZE];12memset(bar,'\0',sizeof(bar));13//初始化整个bar字符串均为\0，sizeof(数组名)表示取到这个数组的字节大小1415int i =0;16while(i <=50)17{18printf("[%-50s][%d%%][%c]\r", bar, i *2, label[i %4]);19         bar[i++]= STYLE;20if(i !=50) bar[i]= ARR;21fflush(stdout);22// usleep(1000000);  1秒23usleep(100000);//0.1秒24}25printf("\n");26}

六、总结与提炼

好，我们来总结一下本文所学习的内容

• 为了学习进度条小程序的编写，我们首先学习学习了C语言中的两个控制字符【\n】与【\r】，知道了它们分别有什么作用
• 这它们的基础上，又了解到了计算机内部存在缓冲区这么一个概念，知道了缓冲区需要被刷新才可以显示。通过观察5个代码段对这些概念也有了更加深刻的理解
• 学习了上面两个小知识后，里面通过所学实现了一个【倒计时】的功能，做到了活学活用
• 最后的舞台给到【进度条】，我们分别通过三个主要模块实现了进度条，包括：进度条的主体部分、进度条的百分比递增以及旋转字符模拟缓冲图形。有关进度条，你学会了吗😜

以上就是本文所要阐述的所有内容，感谢您的阅读🌹