Linux上写一个进度条小程序

一、前言

在 Linux 上写下一个简易的进度条小程序。

成品展示 ：

今天的内容比较轻松，只需要了解两个知识点，这个小程序就很容易写出来了，让我们开始今天的学习。

二、理解 ‘\r’ 与 ‘\n’

C 语言中有很多字符，而字符大体分为两类：可显字符、控制字符。

控制字符不可显示，例如 \r 和 \n 就是控制字符。

而在我们平时打字时，一行写满了需要换行，但是新起一行有很多种，例如：

这样虽然新起一行了，但是不是我们想要的结果。

我们通常新起一行是在第二行的最左端，但是对于这个结果其实有两个操作：

• 1.跳转到第二行
• 2.回到第二行的最左端

有了这个基本概念，再来谈 \r 和 \n 的作用：

• \r ：回车 - 回到文本行的开头
• \n：换行 - 新起一行

所以，其实我们 平时泛指的换行实际上是 回车 + 换行 。

且在语言范畴下，例如 C 语言，换行就可以达到 回车 + 换行 的效果。在平常，这一操作还是两个步骤。

三、行缓冲

行缓冲这个概念认识。

1、提出问题

首先先了解一下两个库函数：

• sleep ：Linux 下的休眠函数，单位是秒。头文件为 #include <unistd.h>
• fflush ：刷新缓冲区

代码 1：

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("hello xxx");
    sleep(3);
    return 0;
}

现象：

分析：

光标停留在文本行的开头，但是字符串没有被打印。

反而像是 sleep 函数先起作用，然后 printf 函数再从光标处开始打印。

打印完之后，shell 提示符紧跟着字符串后显示。

代码 2：

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("hello xxx\n");
    sleep(3);
    return 0;
}

现象：

分析：

printf 打印的字符串先显示在终端上，光标位于字符串的下一行。

sleep 函数使程序休眠 3 秒后，shell 提示符从光标位置开始显示。

代码 3：

#include <stdio.h>
int main()
{
    printf("hello xxx\r");
    sleep(3);
    return 0;
}

现象：

分析：

printf 打印的字符串没有显示到终端，光标一直停留在该打印字符串的一行

sleep 函数休眠三秒后，shell 提示符直接打印在了屏幕上。并没有看到字符串。

观察上面的现象，我们提出几个问题：

1. 代码 1 好像是先执行了 sleep ，在执行 printf ，是这样吗？
2. 代码 2 加上了 ‘\n’ ，字符串一开始就显示了，为什么？
3. 代码 3 好像什么都没打印，这是为什么？

在解答这些问题之后，我们先了解一下行缓冲。

2、认识行缓冲

在内存中预留了一块空间，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。

我们之前或多或少都听说过缓冲区。

在代码 1 中，由于程序是按照数据执行的，所以必定是先执行 printf 。

但是数据没有显示，所以这时候，数据就一定被保存在某个位置，保存的位置就是缓冲区。

而要让数据显示，是需要刷新缓冲区的。

行缓冲是缓冲区刷新策略的一种，在行缓冲模式下，当输入和输出中遇到 ‘\n’ 换行时，就会刷新缓冲区 。

有了这个概念，我们继续分析问题。

3、解答与拓展

解答：

问题 1：代码 1 好像是先执行了 sleep ，在执行 printf ，是这样吗？

当然不是。由于程序是按照顺序执行的，所以必定是先执行完 printf 在执行 sleep 。

而数据没有被显示出来的原因是：数据保存在缓冲区中，但是没有主动刷新，当程序退出后，保存在缓冲区中的数据被自动刷新出来了。

所以才会造成这种现象。

问题 2：代码 2 加上了 \n ，字符串一开始就显示了，为什么？

这里由于是直接往显示器上打印，所以采用的刷新方式为行缓冲。

所以执行碰到 ‘\n’ 时，就会把在缓冲区中的 (换行符之前) 的内容全部刷新出来。

所以这段代码一开始就会有数据显示，然后再 sleep 休眠。

问题 3：代码 3 好像什么都没打印，这是为什么？

之前说过 \r 是换行，所以当 printf 遇到 \r 时，就把光标移到开头。sleep 睡眠后，当程序退出，shell 打印提示符时，就覆盖了字符串。

拓展 ：

数据真的是临时保留在缓冲区里的吗？光标如何理解？

我们用一段代码来理解这两个问题：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    printf("hello xxx\r");
    fflush(stdout);
    sleep(3);
    return 0;
}

现象：

观察现象，我们发现当我们使用 fflush 主动刷新缓冲区后，数据就显示在了屏幕上；且因为 ‘\r’ 的原因，光标指向字符串开头；当打印 shell 提示符时，就直接从光标位置开始覆盖。

所以对于这两个问题，我们已经得到了答案：

• 1.数据被临时保存在于缓冲区中，通过刷新就可以显示
• 2.数据是从光标位置开始打印的。

一句话理解光标：光标和显示器匹配，光标在哪里，显示器打印的时候就从哪里开始打印 。

4、倒计时

基于对上面的理解，我们先实现一个简单的倒计时。

倒计时就是在屏幕上不断显示数字，每次在同一位置显示，并将之前的数据覆盖。

既然是每次要从头开始覆盖，那么就可以用 ‘\r’ 来实现每次回到行首，并且可以通过相应的格式化控制显示多位打印。

但是 ‘\r’ 不会主动刷新，所以要用 fflush 函数主动刷新缓冲区。

在每次刷新之后，使用 sleep 函数，间隔一定的时间。

由此，我们可以很轻松写出代码，例如写一个从 10 开始的倒计时：

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

int main()
{
    int i = 10;
    for (; i >= 0; i--) {
        // 位宽控制，\r 回到开头
        printf("%2d\r", i);
        fflush(stdout); // 主动刷新
        sleep(1); // 休眠
    }
    printf("\n"); // 换行，打印提示符
    return 0;
}

四、进度条

好了，接下来进入正题，我们开始写 进度条 。

进度条样式 ：

• 主体样式为两个中括号包裹，中间 => 推进的方式呈现，比如：[======>]
• 主体右侧中括号位置保持不变，中间元素不断推进，比如：[=> ]
• 显示当前加载进度，用 [num%] 显示，num 随着进度条的不断推进而变化
• 显示加载样式，可以利用一个旋转的字符，例如 [\] 的样式，顺时针不断旋转

大约呈现状态为：[========>] [15%] [\]

采用多文件 ：

文件存放在 proc 目录中

• proc.h ：函数声明
• proc.c ：进度条逻辑
• main.c ：函数调用

makefile 准备 ：

由于采用多文件，所以依赖关系可以写成依赖文件列表的样式：

分块逻辑 ：

1.进度条主体

预留进度条大小为 100 个 = ，外加 1 个 > ，加上保存 '\0' 的位置，用数组存储为 102 个单位。

进度条是一行中的，所以需要用到 '\r' ，每次都需要使用 fllush 主动刷新缓冲区。

每次刷新出数据之后，将 = 填充到数组中，并且显示 > 。在最后一次显示时，控制 > 不要显示。

然后休眠一小会。由于休眠用 sleep 函数太慢。所以可以用 usleep 函数休眠，usleep 函数的参数单位是微秒。

根据这个写出代码：

2.百分比显示

%% 显示为一个 % ，而 %d 为数字，这步很简单，只要在 printf 语句中加上内容：

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

3.旋转光标 ：

光标旋转方向为顺时针旋转，那么旋转时就可以用数组保存。

旋转每次显示内容分别为 | / - \ ， \\ 代表一个 \ ，因为和 \ 结合的会被解析为转义字符，将其保存到字符串中。

而由于字符串一共就四个字符，所以输出的时候需要控制输出位置。

代码：

const char* str = "|/-\\"; // 字符串
printf("[%-100s][%d%%][%c]\r", bar, i, str[i % 4]); // 输出语句

完整代码 ：

proc.h ：

#pragma once 

#include <stdio.h>

extern void process();

proc.c ：

#include "proc.h"
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#define SIZE 102 // 数组大小
#define STYLE '='
#define FLAG '>'

void process()
{
    const char* str = "|/-\\";
    char bar[SIZE];
    memset(bar, '\0', sizeof(bar));
    int i = 0;
    while (i <= 100) {
      printf("[%-100s][%d%%][%c]\r", bar, i, str[i % 4]); // 格式控制
      fflush(stdout); // 刷新
      bar[i++] = STYLE; // 填充数据
      if (i != 100) {
          bar[i] = FLAG; // 如果不是最后一次则显示 >
      } 
      usleep(100000); // 休眠
    }
    printf("\n");
}

test.c

#include "proc.h"

int main()
{
    process();
    return 0;
}

进度条展示 ：