【Linux我做主】进度条小程序深度解析

进度条小程序

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前言

​ 在Linux系统编程中，控制台交互的视觉反馈是提升用户体验的重要环节。进度条作为经典的人机交互组件，在软件安装、文件传输、数据处理等场景中具有广泛应用价值。本文将以Linux环境下C语言实现的进度条程序为切入点，深入探讨控制台输出控制、缓冲区机制、函数指针应用等核心技术。通过三个版本迭代的代码解析（基础版/V1、模拟多任务版/V2），读者将掌握从原理到实践的完整知识链路。

前置知识

回车换行（CR/LF）的深度解析

在C语言中，我们使用\n来表示换行，这其实是C语言帮我们做了处理。实际上，回车和换行其实是两个动作。

C语言中用\n来表示回车和换行。

以上图片深入阐述了回车和换行概念以及和区别。

• \r:回车，光标回到当前行的最开始。C语言中用\r来表示仅回车。
• \n:换行，光标垂直向下移动一行，叫做换行。

历史渊源与技术规范

• ASCII规范定义：CR（Carriage Return，\r，ASCII 13）将光标移动到行首
• LF（Line Feed，\n，ASCII 10）使光标下移一行
• Windows系统采用CRLF组合实现新行操作
• Linux/Unix系统使用LF单独完成换行

在进度条/倒计时中的应用

printf("%-3d\r", ***t);  // 关键代码示例

此代码实现：

1. 使用%-3d保证3字符宽度左对齐
   • 3表示该值位宽为3，C语言默认为右对齐，用-来表示左对齐。
2. \r使每次输出回到行首
3. 配合fflush(stdout)强制刷新缓冲区
4. 实现原地更新的数字倒计时效果

缓冲区机制的全面剖析

缓冲区引入

先看如下两个例子：

• 有换行符\n时显示器直接刷新
  
• 无换行符时，像是先执行了sleep再执行printf
  
  经分析得知：
• C语言中一定是按顺序执行代码的，因此一定是printf先执行，再执行sleep。
• 那么，在sleep期间，printf函数一定已经执行完了。
• 那么，sleep期间，hello wolrd在哪里？

综上，hello wolrd一定是被保存起来了！！！

保存hello wolrd，必然 需要一块内存空间，这块内存空间被称为缓冲区。

• 缓冲区就是由C语言维护的一段内存。

C程序运行时，默认会帮助我们打开三个输入输出流

• stdin：标准输入
• stdout：标准输出(默认是显示器)
• stderr：标准错误

C语言的默认行为是在程序退出时，再刷新缓冲区。

printf打印消息，是向stdout输入，消息暂存在了stdout中，当我们不想让消息暂存在缓冲区中，而是想直接刷新stdout的内容到显示器时，可以使用fflush刷新，默认stdout在程序结束时刷新，使用fflush可以强制进行刷新输入输出流。

• 以下：
• 此时printf("hello world")没有\n
• 使用fflush(stdout)强制将缓冲区中的数据刷新到显示器上

通过以上两个例子，我们已经对缓冲区有了一个大概的理解了。

缓冲类型对比

进度条开发中的关键控制

• 手动刷新机制：

fflush(stdout);  // 强制立即输出缓冲区内容

进度条实现

以小见大——倒计时

倒计时最终效果演示

• 代码如下：

void test() {
   
   
    //实现一个倒计时
    int ***t = 100;
    while (***t >= 0) {
   
   
        // printf("%-2d\r", ***t);//使用\r回车会导致三位数只刷新了两位数
        printf("%-3d\r", ***t);  // %3d\r 可以实现在行的开头更新数字  -相当于反转  确保是左对齐
        fflush(stdout);
        --***t;
        sleep(1);
    }
    printf("\n");
}
int main() {
   
   
    test();
    return 0;
}

• 当前设置倒计时从100开始
• 关于printf中的参数%-3d\r的解释
  • %d的作用：表示输出数字***t，用于显示倒计时
  • 3的作用：用于控制输出显示位宽为3，倒计时的数字是几位，位宽就设置为几。
  • -的作用：设置位宽后，C程序默认为右对齐，我们想让数字在当前行的最左侧显示，要用-实现左对齐。
  • \r的作用：用于实现仅回车，回到当前行的开始，覆盖打印实现倒计时的效果。
• 使用fflush(stdout)将缓冲区内的数据立即刷新出来
• sleep(1)每隔一秒循环一次

错误演示

位宽不够带来的影响

• 位宽小于数字的位数时，会出现数字残余的情况。
• 由于显示器是字符设备，只会一个一个打印字符，123实际上是1 2 3三个字符连在一起表示的
• 以下是从10开始计数的错误例子

• 正确设置位宽即可解决。

设置位宽后不反转带来的影响

• 不用-进行反转会导致数字不靠左显示
  • 对于倒计时来说影响甚微，但靠右显示的话，会导致进度条从右向左加载！

不使用\r回车带来的影响

• 不使用\r会导致数字接连不断的出现，不符合倒计时的效果。

总结回顾倒计时

printf中的格式化控制参数缺一不可

• 关于printf中的参数%-3d\r的理解
  • %d表示输出数字***t，用于显示倒计时
  • 3用于控制输出显示位宽为3，倒计时的数字是几位，位宽就设置为几。
  • 设置位宽后，C程序默认为右对齐，我们想让数字在当前行的最左侧显示，要用-实现左对齐。
  • \r用于实现仅回车，回到当前行的开始，覆盖打印实现倒计时的效果。
• 使用fflush(stdout)将缓冲区内的数据立即刷新出来

进度条架构设计

组件关系图