【Linux系统编程】Linux第一个小程序——进度条
文章目录
- 1. 对回车（\r）和换行（\n）的理解
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- 1.1 概念理解
- 1.2 测试
- 2. 缓冲区的理解
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- 2.1 观察现象
- 2.2 原因解释
- 3. 倒计时小程序
- 4. 进度条小程序
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- 4.1 基本思路及实现
- 4.2 改进及优化
- 4.3 增加百分比显示
- 4.4 增加旋转光标
- 4.5 给进度条配色
这篇文章我们一起来完成我们Linux中的第一个小程序——进度条
1. 对回车（\r）和换行（\n）的理解
1.1 概念理解
在C语言中，字符可以分为可显字符（printable characters）和控制字符（control characters）。
可显字符是指可以在屏幕或打印输出上显示的字符，它们包括数字、字母、标点符号、符号等。可显字符可以直接被用户看到，并且在文本处理、显示和通信中起到重要作用。
控制字符是一类在计算机中具有特殊含义的字符，它们通常不可见或只能以特殊方式显示。这些字符用于控制文本的格式、编辑和通信等方面。
这里我们要重点理解两个控制字符——\n和\r
\r表示回车，即将光标移动到当前行的起始位置
\n表示换行，即将光标向下移动一行
但是我们平时用的比如C语言打印的时候加一个\n换行
或者在编辑文本的时候敲enter键
他不仅进行了换行并且光标也移到了起始位置。
但是其实这是两个步骤，先移到下一行，再移动到起始位置。
不过呢，在常见的计算机系统中，换行通常会伴随回车操作。
1.2 测试
下面我们来测试几个程序。
首先我来写一个makefile，我们待会写完代码可以直接用：
然后我来写一个test.c
那这里面我就用到了换行\n
那我来运行看一下：
我们看到这里就成功打印出来了hello world，并且进行了换行（且伴随了回车）。
所以后面的命令提示符就打印到了下一行，并且在开头位置。
然后我们把\n换成\r试一下：
再来make然后运行
我们看到这次什么都没打印
那为什么啥都没打印呢？
那其实就是跟最后的
\r有关系，printf打印的时候，前面的hello world都没问题，但是最后遇到\r（回车），就把光标移到了最左边起始位置。
所以后面打印命令提示符的时候就把hello world覆盖掉了。
2. 缓冲区的理解
下面我们来理解一下缓冲区的概念
缓冲区（Buffer）是计算机系统中用于临时存储数据的一块内存区域。它通常用于处理输入和输出操作，以提高效率和性能。
缓冲区相当于一个中间层，位于数据的来源和目的地之间。当进行输入或输出操作时，数据先暂时存储在缓冲区中，然后再批量地传输到目标位置或从源位置读取出来。这样可以减少对源位置或目标位置的直接读写次数，从而提高数据传输效率。
2.1 观察现象
下面我们还是来观察两个程序
先看第一个：
这里用了一个函数sleep
sleep() 函数用于在程序中暂停执行一段时间，sleep() 函数的参数是以秒为单位的等待时间。它的作用是让程序进入休眠状态，停止执行指定的时间间隔，然后再继续执行后续的代码。
在Linux或UNIX系统中，可以包含头文件，使用 sleep() 函数。而在Windows系统中，可以包含 头文件，使用 Sleep() 函数。
然后我们观察一下结果
我这里给的是截图，这里如果大家自己测试可能会观察的更好一点
我们看到，这里先打印了hello world，然后进行休眠（因为我们使用了sleep）
休眠结束，就打印了新的命令行。
然后我们看第二个：
跟上面的区别就是我把\n去掉了
然后我们再来运行
这次我们会观察到它是先休眠
休眠结束然后才打印hello world，并且新的命令行直接跟在hello world后面，因为我们没有换行。
那通过对比两次程序的结果，我们能得出：
带\n的时候是先打印hello world，后休眠；而不带\n是先休眠，后打印hello world。
那这样的话，不带\n的时候，好像是先执行了sleep函数，然后才执行printf去打印。
是这样吗？
当然不是的，我们知道程序默认是按照从上到下顺序执行的。
所以肯定是先执行printf，再执行sleep，毋庸置疑。
2.2 原因解释
那为什么我们看到的是先休眠，后打印，两个程序打印的时机为什么不一样呢？
，我们上面有提到缓冲区的概念：
缓冲区相当于一个中间层，位于数据的来源和目的地之间。当进行输入或输出操作时，数据先暂时存储在缓冲区中，然后再批量地传输到目标位置或从源位置读取出来。
也就是是，不管我们有没有加\n，我们的hello world这个字符串都会被暂存到缓冲区里面。
那为什么两个程序打印的时间不一样呢？
原因其实是因为两个程序的缓冲区刷新的时机不同。
在大多数编程语言和操作系统中，缓冲区被用来暂时存储要输出或被读取的数据，直到达到一定条件后才会将其发送到目标位置（如屏幕、文件、网络等）。这个条件通常是缓冲区满了、遇到换行符、或者主动进行缓冲区刷新的操作。
当程序结束时，通常会自动刷新输出缓冲区。这意味着在程序执行完成后，输出缓冲区中的所有数据将被写入到相应的输出设备（如终端或控制台）并在屏幕上显示出来。
所以我们可以认为，遇到\n的时候就会触发缓冲区刷新操作。
而程序结束也会刷新缓冲区。
那现在，我想大家就明白了，为什么上面两个程序的结果有差异？
第一个程序我们加了\n，所以执行printf时遇到\n就会刷新缓冲区，那么hello world就直接显示到了显示器上。
所以是先打印，后休眠。
而第二个程序，没有\n，我们也没有手动刷新缓冲区，所以直到程序结束是刷新缓冲区，hello world 才会显示到显示器上。
因此是先休眠，后打印。
那有了缓冲区的理解，我们再来看上面最开始演示的那个程序：
现在在hello world后面加一个\r。
我们运行看看
休眠结束啥没打印，新的命令提示符就出来了。
那这个我们上面其实解释过，因为\r的缘故，使得光标移到了最左边起始位置，所以后面的命令提示符就把先打印出来的hello world覆盖了。
那我现在修改一下：
fflush这个函数可以刷新缓冲区给，那这样就相当于我们提前刷新了一下缓冲区，这样休眠就在打印后面了，方便我们观察。
此时我们再运行
这下我们就看清楚了，并不是啥也没打印。
而是hello world打印之后，光标回到了最左边，然后后面打印的命令提示符就把hello world覆盖掉了。
当然如果把\r去掉，就不会被覆盖了
3. 倒计时小程序
那基于上面讲的内容，我们一起来实现一个倒计时小程序练练手：
怎么做呢？
大家看这样写是不是就行了
这里从9开始倒计时，i从9到0，循环打印，\r保证每个数字打印之后都把光标移到起始位置，fflush刷新缓冲区，这样使得每个数字可以分开显示，每次循环i都可以刷新出来，然后休眠1秒，显示下一个数字。
我们运行看一下
这个大家可以自己写写运行一下，截图看着不方便。
具体的效果就是从9开始，9、8、7、6、5、4、3、2、1、0一次交替显示。
但是当前这样写，最终0显示完之后，这一行就被新的命令行覆盖了。
所以我们可以加一个换行
这样最后倒计时这一行就不会被覆盖了。
但是呢，我们的程序还有一些问题
我们刚才倒计时9到0都是一个数，占一个位置，所以后面的刚好覆盖前面的，那如果是从10开始呢？
效果就成这样了。
因为后面都是一位数，只能覆盖一个位置，后边的0就一直显示，不受影响。
实际上我们无论打印什么类型的数据，显示器上显示的内容都是一个个的字符，打印整数时，它们也会以字符的形式显示在屏幕上。计算机内部使用二进制表示整数，但在显示器上呈现给用户时，需要将其转换为对应的字符形式。
那怎么解决呢？也很简单：
我们指定域宽就行了。
printf可以用格式控制串"%md"输出域宽为m的十进制整数（默认左对齐，-m则右对齐）
然后我们再来运行
就可以了。
4. 进度条小程序
那我先来大致说一下我们最后要实现的一个进度条的样式：
就是一个大的【】，里面预留出来100个字符的空间，我们填充#，当然你也可以用其他的，1%就打印一个#，2%就两个，以此类推，后面可以显示一下具体是百分之几，随着#增加不断递增直到100%。
其实它大致的思路和上面的倒计时是一样的：
就是不断的显示并覆盖之前的内容。
那接下来我们就来实现一下。
我呢想给它写成一个多文件的形式：
我先创建这样3个文件。
先写进去这些内容。
然后把Makefile也写一下：
4.1 基本思路及实现
然后，我们来写实现进度条的函数process：
首先我们可以先开一个数组，把进度条需要的100个字符的空间预留出来。
那我们打印的时候可以直接打印#组成的字符串，那字符串的话就要再给\0开一个空间。
然后我们可以给buf数组全部初始化为\0，这样我们后续添加#就不用考虑\0的问题了。
然后我们循环打印并不断添加#就行了，当然我们这里还应该使用\r不断的回车，使每一次新打印的覆盖之前的，并且每次循环printf之后要使用fflush刷新缓冲区，这样才能每次循环都够打印出来内容，要不然程序结束之前一直留存在缓冲区。
我们运行看看效果：
4.2 改进及优化
上面的实现，根据实际的运行效果我们可以发现两个问题：
首先第一个休眠时间设置成1秒有点长了，这样跑到100%需要100秒
所以我们可以选择把sleep函数换成usleep。
sleep的参数是以秒为单位的，而usleep是以微秒为单位的。
我们可以设置成0.1秒休眠时间
运行一下：
这次速度确实快了
但是
第二个问题：进度条这一行显示完毕，新出现的命令行会把进度条的一部分覆盖掉。
怎么解决？
很简答，加个换行就行了
再看：
这次就没事了。
当然我可以加一个宏，这样后面替换进度条的样式就很方便：
然后我们再修改一下，改成这种：
类似一个箭头，改一下代码：
看一下效果
但是这样最后停下来，还有一个箭头，好像有点不好看。
向前推进的时候显示箭头，100%的时候不显示，我们再来修改一下
加一个判读就行了
4.3 增加百分比显示
那一般进度条后面还有显示百分比，我们也来加一个：
运行一下
4.4 增加旋转光标
然后我们再来在后面增加一个旋转光标：
可以通过循环显示这四个字符
| / - \来模拟一个旋转的过程（注意\要用转义字符\\）
我们来运行看看效果
就可以了。
4.5 给进度条配色
在C语言中，可以使用ANSI转义序列来输出不同的颜色。ANSI转义序列是一系列的字符组合，用于控制终端的文本样式和颜色。
关于配色方案，网上可以找到很多相关的资料，大家有兴趣可以按照自己的喜好去配色，我这里简单演示一下：
比如我配个红色
来个绿色
还有背景颜色也可以设置：
试一下，来个青色
也可以同时设置字体颜色/前景颜色和背景颜色
我们来个字体红色，背景青色
大家可以按自己的喜好设置。
