Linux第一个系统程序---进度条

进度条---命令行版本

回车换行

其实本质上回车和换行是不同概念，我们用一张图来简单的理解一下：

在计算机语言当中：

换行符：\n

回车符：\r

\r\n：回车换行

这时候有人可能会有疑问：我在学习C/C++语言的时候，单纯的\n就起到了回车加换行的行为呀?!

答：因为在语言层面\n给我们编译成了\r\n 

缓冲区问题

在我们目前的阶段，我们将缓冲区看作是一段内存块，我们可以先实现一个测试代码：

#touch test.c

#可以直接
vim test.c

测试代码

技巧补充：我们可以在底行模式使用man手册查看sleep(3)函数所需的头文件： 
:!man 3 sleep

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

int main()
{
//printf("hello Linux!\n");
    printf("hello Linux!");
    sleep(3);
    return 0;
}

 我们在Linux编译后./test执行时，当只有上被注释的代码被执行，和只有第二句printf的代码，我们发现前者内容打印出来，程序3秒后结束，后者是3秒后程序结束才打印内容，我们可以明显感受到程序是先执行sleep(3)的，但是我们之前学习C/C++知道，我们定义的程序逻辑都是从上往下执行的，可是我们为什么没有看到字符串呢？

我们应该知道，对于后者，printf在sleep之前一定执行完了，但是显示器上没有显示，那么在我们休眠3秒期间，字符串" hello Linux! "在哪里？其实该字符串在缓冲区里面，可以理解为内存有一小内存块，将该字符串临时保存在该处了。我们带有\n的字符串可以在显示屏上打印，我们称为行刷新，也就是遇到\n，printf执行完就默认将其字符串直接显示到显示器了（行刷新），可以理解为没有\n就不给行刷新；

那后者为什么最后也可以刷新出来呢？

是因为程序退出了，会自动刷新缓冲区！

我们如何可以让不带\n的字符串能够立马刷新呢？

我们如果想让不带\n的字符串立马刷新，可以使用fflush：

fflush 是 C 语言标准库函数之一，用于刷新流的缓冲区。其原型定义在 <stdio.h> 头文件中

我们可以进行man手册查看。

printf("hello Linux!");
fflush(stdout);

其实我们的程序会默认打开三个输入输出流，分别是：（描述符分别为1，2，3）

  1. 标准输入流（stdin）：用于从标准输入设备（通常是键盘）读取数据。

  2. 标准输出流（stdout）：用于向标准输出设备（通常是屏幕）输出数据。

  3. 标准错误流（stderr）：用于输出错误信息和其他诊断信息，通常也是输出到屏幕。

都是一个指向 FILE 结构体的指针，定义在 <stdio.h> 中。

我们的printf默认是从标准输出流里面打，我们可以看到fprintf其实就是比printf多了一个参数：

在Linux下，一切皆文件，当一个程序在 Linux 下运行时，操作系统会自动为该程序打开三个标准流文件描述符，也就是下面两条代码是等价的，fprintf只是显示的表示出往哪里输出：

    fprintf(stdout,"hello Linux!\n");
    printf("hello Linux!\n");

 我们就可以利用缓冲区来实现一个倒计时：光标显示后回退（回车）

int main()
{
    int i=9;
    while(i>=0)
    {
        printf("%d\r",i);
        i--;
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

但是我们发现在显示器上没有显示任何数据，这是为什么呢？

因为我们行刷新是需要\n的，%d后是\r，\r不支持我们行刷新，所以对应的信息并未有显示出来，还在缓冲区里面存着呢，所以需要用到fflush(stdout);

int main()
{
    int i=9;
    while(i>=0)
    {
        printf("%d\r",i);
        fflush(stdout);
        i--;
        sleep(1);
    }
    printf("\n");//跑完之后想要保留0（命令行），不让会覆盖
    return 0;
}

为了使我们对下面进度条程序更好的实现，我们来看看当i取10的时候：

命令行变化：10-90-80-70-60-50-40-30-20-10-00----00

这时候，我们应该好好理解显示：
举个例子，我们往显示器上输入:12345，是输出的是12345数字，还是'1' '2' '3' '4' '5'字符？

显示器只认识字符！显示器是字符设备，所以输出的是后者，这也是为什么我们需要像%d的格式化输出，所以我们可以将上述代码中的%d改成%2d，还可以在前面加一个-即"%-2d"来整体靠左显示，代码我就不写出来了，在原代码上做改进就🆗。

以上我们进度条的预备工作就基本完成了（回车换行，缓冲区问题，格式问题，字符设备的理解问题，输出设备的刷新问题）

我们想写一个怎么样的进度条

框架的搭建

创建文件

首先，在我们自己的工作目录中创建四个文件：

  • main.c

  • Makefile

  • process.c

  • process.h

编写 Makefile

使用 vim 编辑器打开 Makefile，并写入以下内容：

SRC:=$(wildcard *.c)
OBJ:=$(SRC:.c=.o)
BIN=processbar

$(BIN): $(OBJ)
	gcc -o $@ $^

%.o: %.c
	gcc -c $<

.PHONY: clean
clean:
	rm -f $(OBJ) $(BIN)

这个 Makefile 定义了如何编译和链接你的程序。它使用 wildcard 自动查找所有 .c 文件，并生成相应的 .o 文件。最终生成的可执行文件名为 processbar。

编写 process.h

使用 vim 编辑器打开 process.h，并写入以下内容：

#pragma once
#include <stdio.h>

void process_v1();

这个头文件声明了一个函数 process_v1，该函数将在 process.c 中实现。

编写 process.c

使用 vim 编辑器打开 process.c，并写入以下内容：

#include "process.h"

void process_v1() {
    printf("hello rose!\n");
}

这个文件实现了 process_v1 函数，目前只是简单地打印一条消息。

编写 main.c

使用 vim 编辑器打开 main.c，并写入以下内容：

#include "process.h"

int main() {
    process_v1();
    return 0;
}

这个文件是程序的入口点，它调用了 process_v1 函数。

编译和运行

完成上述文件编写后，你可以使用以下命令进行编译：

make

这将根据 Makefile 的规则编译并生成 processbar 可执行文件。然后，你可以运行该程序：

./processbar

如果一切顺利，你应该会看到输出 "hello rose!"。

清理

最后，使用以下命令清理生成的文件：

make clean

这将删除所有 .o 文件和 processbar 可执行文件。

接下来，我们就可以在 process.c 中实现进度条的功能。可以根据具体需求设计进度条的更新逻辑和显示方式。

version1原理版本

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

#define NUM 101//因为会有一个\0的存在
#define STYLE '='

void process_v1()
{    
    char buffer[NUM];
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));
    const char *lable="|/-\\";
    size_t len=strlen(lable);

    //计数器
    int cnt=0;
    while(cnt<=100)//这个循环会循环101次
    {
        printf("[%-100s][%d%%][%c]\r",buffer,cnt,lable[cnt%len]);
        fflush(stdout);
        buffer[cnt]=STYLE;
        cnt++;
        //sleep(1);
        usleep(10000);
    }
    printf("\n");
    return;
}

  1. 定义常量和变量

    • NUM 定义为 101，因为进度条的长度为 100 个字符，加上一个字符串的终止符 \0。
    • STYLE 定义为 =，用于表示进度条的已填充部分。
    • buffer 是一个字符数组，用于存储进度条的当前状态。
    • lable 是一个字符串，包含旋转的符号 |/-\，用于在进度条旁边显示一个旋转的动画效果。
    • len 是 lable 字符串的长度。
    • cnt 是一个计数器，用于控制进度条的更新和旋转符号的切换。

  2. 初始化缓冲区

    • 使用 memset 函数将 buffer 初始化为全 0，即空字符串。

  3. 进度条更新循环

    • while 循环会执行 101 次，因为 cnt 从 0 开始，直到 100 结束。
    • 在每次循环中，使用 printf 函数输出当前的进度条状态：
      • [%-100s] 表示一个宽度为 100 的左对齐字符串，buffer 作为参数传入，表示进度条的当前填充状态。
      • [%d%%] 表示当前的百分比进度，cnt 作为参数传入。
      • [%c] 表示旋转符号，lable[cnt%len] 计算当前应该显示的旋转符号。
    • 使用 \r 作为 printf 的结尾，表示返回到行首，这样下一次输出会覆盖当前行的内容。
    • 调用 fflush(stdout) 确保输出立即显示在屏幕上，而不是被缓冲。
    • 将 buffer[cnt] 设置为 STYLE，即 =，表示进度条的已填充部分向右扩展一个字符。
    • cnt++ 更新计数器。
    • usleep(10000) 暂停 10 毫秒，使进度条的更新速度适中，便于观察。注释掉的 sleep(1) 是暂停 1 秒的另一种方式，但会使进度条更新过慢。

  4. 结束输出

    • 循环结束后，调用 printf("\n") 输出一个换行符，使光标移动到下一行，避免后续输出覆盖进度条。

整体功能：

这个 process_v1 函数实现了一个动态更新的文本进度条，进度条的长度为 100 个字符，旁边有一个旋转的符号动画。通过在循环中逐步填充 buffer 并输出，模拟了进度条的动态增长过程。每次更新后，使用 \r 返回行首并刷新输出，实现了进度条的原地更新效果。

version2真实版本

main.c

#include "process.h"

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

double total = 1024.0; // 总下载量，单位为MB
double speed = 1.0;    // 下载速度，单位为MB/s

void DownLoad() {
    double current = 0; // 当前已下载量
    while (current <= total) {
        // 刷新进度条
        FlushProcess(total, current);
        // 模拟下载数据，每次循环下载speed大小的数据
        usleep(300000); // 暂停300ms，模拟下载延时
        current += speed;
    }
    printf("\ndownload %.2lfMB Done\n", current);
}

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

version2

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

#define NUM 101 // 因为会有一个\0的存在
#define STYLE '='

// version2
void FlushProcess(double total, double current) {
    char buffer[NUM];
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    const char *lable = "|/-\\";
    size_t len = strlen(lable);

    static int cnt = 0; // 静态变量，用于记录旋转符号的位置

    // 计算当前进度条的填充数量
    int num = (int)(current * 100 / total);
    for (int i = 0; i < num; i++) {
        buffer[i] = STYLE;
    }

    double rate = current / total; // 计算当前下载进度的百分比
    cnt %= len;                    // 计算旋转符号的索引
    printf("[%-100s][%.1f%%][%c]\r", buffer, rate * 100, lable[cnt]);
    cnt++;
    fflush(stdout); // 确保进度条立即显示
}

进度条与下载模拟功能梳理：

  • 下载模拟：

    • DownLoad 函数模拟了一个下载过程，其中 total 表示总下载量，speed 表示下载速度。
    • 在 while 循环中，每次循环模拟下载 speed 大小的数据，并通过 usleep 函数暂停一段时间来模拟下载延时。
    • 循环过程中，不断调用 FlushProcess 函数来刷新进度条，显示当前的下载进度。

  • 进度条刷新：

    • FlushProcess 函数负责根据当前下载量 current 和总下载量 total 计算进度条的填充状态，并输出到屏幕。
    • buffer 数组用于存储进度条的当前状态，num 变量计算出需要填充的 = 字符的数量。
    • 使用 printf 函数输出进度条，其中 [%-100s] 表示一个宽度为 100 的左对齐字符串，用于显示进度条的填充部分；[%.1f%%] 显示当前的下载百分比；[%c] 显示一个旋转的符号，用于增加动画效果。
    • 使用 \r 作为 printf 的结尾，表示返回到行首，使下一次输出覆盖当前行的内容，实现进度条的原地更新效果。
    • fflush(stdout) 确保进度条的输出立即显示在屏幕上，而不是被缓冲。

整体功能

这个程序通过模拟下载过程，并在每次下载数据后刷新进度条，实现了动态显示下载进度的效果。进度条的长度为 100 个字符，旁边有一个旋转的符号动画，使用户可以直观地看到下载进度的变化。当下载完成后，程序会输出一条完成信息，告知用户下载已成功完成。

我们不仅仅可以在下载方面使用进度条，我们也可以在上传方面使用进度条，因此，在main.c源文件当中，我们typedef一个函数指针来使用回调函数来优化代码：

#include"process.h"

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

typedef void (*callback_t) (double total,double current);//函数指针

double total=1024.0;
double speed=1.0;

//回调函数
void DownLoad(callback_t cb)
{
    double current=0;
    while(current<=total)
    {
        //刷新进度
        cb(total,current);
        //下载代码
        usleep(3000);//充当下载数据
        current+=speed;
    }
    printf("\ndownload %.2lfMB Done\n",current);
}

void UpLoad(callback_t cb)
{
    double current=0;
    while(current<=total)
    {
        //刷新进度
        cb(total,current);
        //下载代码
        usleep(3000);//充当下载数据
        current+=speed;
    }
    printf("\nUpload %.2lfMB Done\n",current);
}
int main()
{
    DownLoad(FlushProcess);
    UpLoad(FlushProcess);
    return 0;
}

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