你的第一个 Linux 系统程序：从进度条开始
编译器，编辑器，自动化构建的工具都掌握了，就可以实现 linux 的第一个系统程序——进度条了。
回车换行
平常都听到过“回车换行”，那么回车换行是一个动作吗？在学习 C 语言时，回车换行使用的都是 ’\n’，在 C++ 中，回车换行使用的是 std::endl。其实回车换行是两个动作，只是在 C 语言中，使用\n 表示了回车换行这两个动作。
换行是从当前行数，换到下一行的同一位置，如当前在第5行第6列，那么换行之后，就在第6行第6列；回车是将光标移动至当前行数的起始位置，如当前在第5行的第6列，那么回车之后，就在第5行的第1列。回车用 ’\r’ 表示；换行用 ’\n’ 表示。在C语言中会将 ’\n’ 自动解释成 ’\r’和’\n’。
开始前的准备：新建文件 code.c，打开 code.c 文件，写入以下代码：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main()
{printf("hello linux\r\n");return 0;
}Makefile中的的内容：
code:code.cgcc -o $@ $^.PHONY:clean
clean:rm -rf code linux 系统中有个 sleep 函数，函数信息如下图所示：
使用 sleep 函数需要包含头文件 <unistd.h>，这是 linux 系统特有的头文件，函数原型为： unsigned ine sleep(unsigned int seconds)，功能：让程序休眠 seconds 秒。
可以将其运用到 code.c 文件中，代码如下所示：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main()
{printf("hello linux\r\n");sleep(2);return 0;
}预测程序执行的现象，程序是由上到下依次执行的，先执行 printf 函数，再执行 sleep 函数，所以现象为先打印 hello linux，再休眠2s。
验证预测，输入make指令，结果如下所示：
程序果然先打印，后休眠，符合我们的预期。如果将 \r\n 换成 \n，与 \r\n 是一样的效果。
如果将回车换行符去掉，会出现怎样的现象？
可以观察到前2秒根本没有打印，程序结束后，才打印 hello linux，即先休眠，再打印。
分析：
那么该程序是先执行 printf 函数，还是先执行 sleep 函数？我们需要知道 C 语言程序的是按顺序结构运行的，除非有选择结构或循环结构，这里并没有选择结构和循环结构，所以程序先执行 printf 函数，再执行 sleep 函数。
既然如此，为什么我们看到的现象是先 sleep 两秒，再打印”hello linux”？正如我们所分析的那样，先执行 printf 函数，再执行 sleep 函数，也就是说，在 sleep 两秒期间，printf 函数已经执行完毕了，但是 "hello linux" 并没有显示在终端上，那么它存在哪？"hello linux" 字符串被缓存起来了，被存储到某个内存空间中，所以没有被打印到终端上。
但是在程序结束时，终端上却显示“hello linux”，这又是为什么？因为程序结束时缓存区内部的数据会自动刷新。为什么我们带上回车换行符却是直接显示出来了呢？因为显示器刷新数据的刷新方式是行刷新，遇到 ‘\r\n’ 或 ’\n’，以行为单位进行刷新。
当输出“hello linux”字符串时，这串字符串被保存到内存当中，printf 函数会判断 ”hello linux” 字符串是否携带了 ’\n’ 或者 ’\r\n’。如果带了，会被立即刷新到显示器上；如果没带，该字符串会一直存储到内存中，直到程序运行结束，才会刷新出来。
如果不带 ’\n’ 或者 ’\r\n‘ 就想立即看到结果字符串，应该怎么做？可以使用 C 语言中的 fflush 函数。函数信息如下所示：
该函数的作用是：强制刷新缓冲区。函数的参数是FILE* stream，这是什么？
默认任何程序运行时，基于需求都会打开三个流，标准输入，标准输出，标准错误，对应项分别为stdin，stdout，stderr。可以通过 man 手册查看：
stdin 对应的设备是键盘；stdout，stderr 对应的设备是显示器。linux 系统下一切皆文件，键盘和显示器都是文件。
缓冲区是有归属的，它属于显示器。这也是为什么刷新缓冲区，缓冲区的内容显示在显示器上，而不是显示在其它文件中。而显示器对应的文件是stdout。总之，如果想要强制刷新缓冲区，使用fflush 函数，参数填写 stdout。
去掉字符串后面的’\r\n‘，在 code.c 文件新增 fflush(stdout)，代码如下所示：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main()
{printf("hello linux");fflush(stdout);sleep(2);return 0;
}运行结果：
倒计时
在有了 ’\r\n‘ ，缓冲区和刷新的认识之后，可以利用这些知识实现一个10秒倒计时功能，倒计时是在同一个位置上不断刷新。
先实现9秒倒计时，既然要在同一个位置上不断刷新，那么就不需要换行。
int main()
{int count = 9; //倒计时while(count >= 0){printf("%d", count);sleep(1); //1s后再次打印count--;}return 0;}
结果：
问题：在没有换行的情况下，程序运行结束之后才显示结果，没和预期所想在同一位置上覆盖式的写。
解决方法：既然程序运行结束之后结果才显示出来，就需要强制将结果显示到显示器上，因此需要用到 fflush 函数；没和预期所想在同一位置上覆盖式的写，就需要每次写完之后，将光标回到当前行的起始位置。
改进后的代码：
int main()
{int count = 9; //倒计时while(count >= 0){printf("%d\r", count);fflush(stdout);sleep(1); //1s后再次打印count--;}return 0;}结果：
问题：由结果可以知道，倒计时结束之后，最后的数字0被命令行给覆盖了。
解决方法：在倒计时结束之后，换行。
优化后的代码：
int main()
{int count = 9; //倒计时while(count >= 0){printf("%d\r", count);fflush(stdout);sleep(1); //1s后再次打印count--;}// 倒计时完毕后，换行printf("\n");return 0;
}结果：
达到了预期的结果，可以尝试优化代码，倒计时前带上提示信息，优化后的代码如下所示：
int main()
{int count = 9; //倒计时while(count >= 0){printf("倒计时：%d\r", count);fflush(stdout);sleep(1); //1s后再次打印count--;}// 倒计时完毕后，换行printf("\n");return 0;
}结果：
倒计时9完成了，接下来实现倒计时10。
将 count 更改为10，运行程序，观察程序的运行结果
问题：倒计时是“10，90，……，00”？
分析：在学习文件的权限，介绍文件类型有哪些时，曾提到一个问题，当向显示器写入数据12345时，输出的是整数12345，还是字符’1’’2’’3’’4’’5’？答案是：字符‘1‘’2‘’3‘’4‘’5‘。以显示器的视角，显示器输出的所有数据都是字符。printf 函数格式化输出，将所有非字符型的数据经过格式化转化成字符型。之所以这里倒计时是10,90,……,00，是因为开始打印数字10，显示器上打印的是’1’’0’两个字符，\r光标回到当前行的起始位置，接下来打印数据9，9覆盖住了1，0没有被覆盖，因此倒计时是10,90,……,00。
解决方法：让所有输出的数据的标准长度都为2。
代码：
int main()
{int count = 10; //倒计时while(count >= 0){printf("倒计时：%2d\r", count);fflush(stdout);sleep(1); //1s后再次打印count--;}// 倒计时完毕后，换行printf("\n");return 0;
}结果：
被保留的是后面的位置（右对齐），如果想被保留的是前面的位置（左对齐），需要在2d的前面加上 - 。代码如下所示：
int main()
{int count = 10; //倒计时while(count >= 0){printf("倒计时：%-2d\r", count);fflush(stdout);sleep(1); //1s后再次打印count--;}// 倒计时完毕后，换行printf("\n");return 0;
}结果：
进度条
要实现的进度条的结构：
先预留出100个字符的空间，进度条每走一步，[ ]就多一个’=’，在进度条向后走的过程中，进度会不断的增加，此外最后[ ]表示光标的状态，表示进度条是在往后走的。
实现前的准备：新建文件夹 probar，多文件 probar.h probar.c main.c。函数声明写在.h文件中，函数实现写在probar.c文件中，main.c 用于调用函数。
makefile 文件中的内容：
BIN=probar
CC=gcc
SRC=$(wildcard *.c)
OBJ=$(SRC:.c=.o)$(BIN):$(OBJ)@$(CC) -o $@ $^
%.o:%.c@$(CC) -c $<.PHONY:clean
clean:@rm -rf $(BIN) $(OBJ)probar.h 中的代码：
#pragma once
#include <stdio.h>// 进度条函数
void Probar();
Probar 函数的初始实现为：
#define N 101
#define STYLE '='void Probar()
{ //提前开辟好空间 0~100共101个,所以需要101大小的空间 char probarbuff[N]; // 初始化probarbuff数组 memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char)); //计算循环的打印次数 int count = 0; // 循环打印进度条 while(count <= 100) { // 进度条 printf("[%s]\n", probarbuff); // 每循环一次,进度条就增加一个= probarbuff[count++] = STYLE; // 每打印一次休眠1秒 sleep(1);}
}
结果：
问题：进度条是一行一行的，但是要求是在同一行上覆盖式的写。
解决方法：不应该换行；每次打印进度条时，将光标移动到当前行的起始位置，因此需要回车 ’\r’。
优化后的代码：
#define N 101
#define STYLE '='void Probar()
{ //提前开辟好空间 0~100共101个,所以需要101大小的空间 char probarbuff[N]; // 初始化probarbuff数组 memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char)); //计算循环的打印次数 int count = 0; // 循环打印进度条 while(count <= 100) { // 进度条 printf("[%s]\r", probarbuff); // 每循环一次,进度条就增加一个= probarbuff[count++] = STYLE; // 每打印一次休眠1秒 sleep(1);}
}
结果：
问题：没有立即打印到显示器上。
解决方案：打印的字符串都在缓冲区内，需要使用 fflush 函数强制刷新显示在显示器上。
优化后的代码：
#define N 101
#define STYLE '='void Probar()
{ //提前开辟好空间 0~100共101个,所以需要101大小的空间 char probarbuff[N]; // 初始化probarbuff数组 memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char)); //计算循环的打印次数 int count = 0; // 循环打印进度条 while(count <= 100) { // 进度条 printf("[%s]\r", probarbuff); fflush(stdout); // 每循环一次,进度条就增加一个= probarbuff[count++] = STYLE; // 每打印一次休眠1秒 sleep(1);}
} 测试结果：
问题：实际测试可以发现，进度条移动的很慢。
解决方法：若想要移动得快一些，可以使用函数 usleep。usleep 函数的信息如下所示：
sleep 和 usleep 都是控制程序的输出时间，usleep 的时间的单位是微秒，1秒等于10的6次方微秒。
优化后的代码：
#define N 101
#define STYLE '='void Probar()
{ //提前开辟好空间 0~100共101个,所以需要101大小的空间 char probarbuff[N]; // 初始化probarbuff数组 memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char)); //计算循环的打印次数 int count = 0; // 循环打印进度条 while(count <= 100) { // 进度条 printf("[%s]\r", probarbuff); fflush(stdout); // 每循环一次,进度条就增加一个= probarbuff[count++] = STYLE; // 每打印一次休眠50000微秒 usleep(50000);}
} 结果：
进度条的移动速度果然变快了。
问题：对比两图可以发现，进度条的一部分被命令行覆盖了。
解决方法：进度条打印结束之后，需要换行。
结果：
问题：可以发现，进度条打印打印过程中，右方括号是移动的，这显然与实际情况不符，我们想要的情况是右侧不移动。
解决方法：字符串的长度定为100。
优化后的代码：
#define N 101
#define STYLE '='void Probar()
{ //提前开辟好空间 0~100共101个,所以需要101大小的空间 char probarbuff[N]; // 初始化probarbuff数组 memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char)); //计算循环的打印次数 int count = 0; // 循环打印进度条 while(count <= 100) { // 进度条 printf("[%100s]\r", probarbuff); fflush(stdout); // 每循环一次,进度条就增加一个= probarbuff[count++] = STYLE; // 每打印一次休眠50000微秒 usleep(50000);} printf("\n");
} 结果：
问题：进度条是反向的，因为默认是右对齐。
解决方法：若要正向打印，需要在100s的前面加上 - （左对齐）。
新增内容：显示进度条的进度，在这里进度可以认为就是计数器 count ，代码如下所示：
#define N 101
#define STYLE '='void Probar()
{ //提前开辟好空间 0~100共101个,所以需要101大小的空间 char probarbuff[N]; // 初始化probarbuff数组 memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char)); //计算循环的打印次数 int count = 0; // 循环打印进度条 while(count <= 100) { // 进度条 printf("[%-100s][%d]\r", probarbuff, count); fflush(stdout); // 每循环一次,进度条就增加一个= probarbuff[count++] = STYLE; // 每打印一次休眠50000微秒 usleep(50000);} printf("\n");
} 结果：
若想要进度显示%，应该怎么做？在%d的后面加上%%。
当我们下载数据时，会发现进度条不移动，进度也不动，那么此时有两种情况：1.进度条在移动，只是网速较慢，进度条移动不明显，进度变化不明显；2.卡死了。为了区分这两种情况，我们可以对当前实现的进度条新增功能——旋转光标，显示在进度的后面。光标有4种状态：| / — \，使用用数组实现。每次进度条打印，光标都显示不同的状态，这4种状态反复呈现。
#define N 101
#define STYLE '='void Probar()
{ //提前开辟好空间 0~100共101个,所以需要101大小的空间 char probarbuff[N]; // 初始化probarbuff数组 memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char)); // 旋转光标的四个状态 static char lable[4] = { '|', '/', '-', '\\' };//计算循环的打印次数 int count = 0; // 循环打印进度条 while(count <= 100) { // 进度条 printf("[%-100s][%d%%][%c]\r", probarbuff, count, lable[count%4]); fflush(stdout); // 每循环一次,进度条就增加一个= probarbuff[count++] = STYLE; // 每打印一次休眠50000微秒 usleep(50000);} printf("\n");
} 结果：
当前实现的进度条基本上能够满足我们的使用场景，但是如果要运用到实践中，还差一点。我们实现的只是进度条的第一版本，用它来理解进度条的基本结构和功能的实现。进度条是依赖于某个场景（下载，安装），接下来就将它运用到场景中。
进度条第二版本以第一版本为蓝本，场景为下载某个文件大小1024.0MB，网速1.0，每秒下载1MB。
main.c 文件种写入以下代码：
// 两个全局变量
double total = 1024.0; // 下载的文件的大小
double speed = 1.0; // 网速1.0// 下载场景
void DownLoad()
{// 当前下载的总量默认为0.0double cur = 0.0;// 下载---下载总量等于文件的大小时，也需要刷新进度条while(cur <= total){ // 进度条的刷新FlushProcess(total, cur);cur += speed; // 模拟下载usleep(50000); // 网络延迟}
}int main()
{Download();return 0;
}接下来的问题是如何实现 FlushProcess 函数？FlushProcess函数的功能为刷新进度条，应该按照下载进度来更新进度条。所以 FlushProcess 函数的参数为目标文件的大小，当前的下载进度，即 total 和 cur。
probar.h 文件中新增函数声明：void FlushProcess(double total, double cur)。
FlushProcess函数的初始实现：
void FlushProcess(double total, double cur)
{// 避免进度条进度大于100%if(cur > total){cur = total;}// 进度条的进度double rate = cur / total * 100;// 进度条buff中=的个数int count = (int)rate; // 取整// 提前开好101大小的空间char probarbuff[N];// 初始化memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char));int i = 0;for(; i < count; i++){probarbuff[i] = STYLE; }// 刷新进度条printf("[%-100s][%f%%]\n", probarbuff, rate);
}
结果：
问题：进度条确实刷新了，但是进度条是一行一行的刷新，要求在同一行上刷新; 此外此外进度条进度的精度太高了，可以将进度保留一位小数
解决方法：将’\n’换成’\r’，此外可以进一步优化，添加 fflush 函数，不要等到 FlushProcess 函数执行完毕才打印进度条，当进度条刷新了，就立马打印；在%f的前面加上 .1。
优化后的代码：
void FlushProcess(double total, double cur)
{// 避免进度条进度大于100%if(cur > total){cur = total;}// 进度条的进度double rate = cur / total * 100;// 进度条buff中=的个数int count = (int)rate; // 取整// 提前开好101大小的空间char probarbuff[N];// 初始化memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char));int i = 0;for(; i < count; i++){probarbuff[i] = STYLE; }// 刷新进度条printf("[%-100s][%.1f%%]\r", probarbuff, rate);fflush(stdout);
}
结果：
问题：由上图可以发现，部分进度条被命令行覆盖了，因为没有换行。那么换行应该写在哪？
解决方法：写在FlushProcess函数中，当下载完毕，即 cur 大于等于 total 时，需要换行。
结果：
新增旋转光标功能，这里的旋转光标与下载文件的大小 total，进度条的进度 cur 没有任何关系，因为它是用于分析进度条的状态的，因此旋转光标应该与 FlushProcess 函数的调用次数有关，因为每次调用该函数，都会刷新进度条，进度条在刷新就能说明进度条在移动。
代码如下图所示：
void FlushProcess(double total, double cur)
{// 避免进度条进度大于100%if(cur > total){cur = total;}// 进度条的进度double rate = cur / total * 100;// 进度条buff中=的个数int count = (int)rate; // 取整// 提前开好101大小的空间char probarbuff[N];// 初始化memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char));int i = 0;for(; i < count; i++){probarbuff[i] = STYLE; }// 旋转光标static char lable[4] = { '|', '/', '-', '\\' };static int index = 0; // FlushProcess函数的调用次数// 刷新进度条printf("[%-100s][%.1f%%][%c]\r", probarbuff, rate, lable[index++]);index %= 4; //始终控制index在一定的范围内fflush(stdout);if(cur >= total){printf("\n");}
}
接下来测试当进度不再更新（即注释cur += speed），光标是否还会旋转？
为了使进度条更加的真实，可以设置网络浮动，每次下载的大小都不一样，就是生成随机数，实现一个函数来执行网络浮动的功能。
代码如下所示：
// 网络浮动 --- start为基准网速，range为浮动上限
double SpeedFloat(double start, double range) // range为浮动范围
{// 随机数为整数，去浮动范围的整数部分int int_range = range;// 生成浮动范围内的随机数 模int_range// range - int_range 是浮动范围的小数部分return start + rand()%int_range + (range - int_range);
}// 下载场景
void DownLoad()
{// 当前下载的总量默认为0.0double cur = 0.0;// 下载---下载总量等于文件的大小时，也需要刷新进度条while(cur <= total){ // 进度条的刷新FlushProcess(total, cur);cur += SpeedFloat(speed, 6.6); // 模拟下载usleep(50000); // 网络延迟}
}
结果：
问题：为什么进度条的进度没有达到100%？进度条是没有问题的，有问题的是下载函数的循环下载部分。当 cur 为1020多时，加上 SpeedFloat 函数的返回值，可能会大于 total，大于 total 不满足循环的条件，跳出循环，但是进度条还没有刷新呀！所以会看到进度条进度不为100%。
解决方法：在循环中再加上一层判断，当 cur 大于 total 时，让 cur 等于 total，再次刷新进度条，最后跳出循环。
代码：
// 下载---下载总量等于文件的大小时，也需要刷新进度条
while(cur <= total)
{ // 进度条的刷新FlushProcess(total, cur);cur += SpeedFloat(speed, 6.6); // 模拟下载if(cur > total){cur = total; // 模拟下载完成FlushProcess(total, cur);break;}usleep(50000); // 网络延迟
}为了与实际相符合，下载的文件大小是不一样的，可以给 DownLoad 函数传参。
DownLoad 函数还有另外一种写法，当前 DownLoad 函数和 FlushProcess 函数高度耦合，一旦FlushProcess 函数的函数名被修改，DownLoad 函数中所有涉及 FlushProcess 函数的地方都需要做出调整，因此可以使用函数指针，DownLoad 函数使用回调函数。
逐一展示三个文件中的代码
probar.h
#pragma once
#include <stdio.h>// 进度条函数
void Probar();void FlushProcess(double total, double cur);probar.c
#include "probar.h"
#include<unistd.h>
#include<string.h>#define N 101
#define STYLE '='void FlushProcess(double total, double cur)
{// 避免进度条进度大于100%if(cur > total){cur = total;}// 进度条的进度double rate = cur / total * 100;// 进度条buff中=的个数int count = (int)rate; // 取整// 提前开好101大小的空间char probarbuff[N];// 初始化memset(probarbuff, '\0', sizeof(probarbuff)/sizeof(char));int i = 0;for(; i < count; i++){probarbuff[i] = STYLE; }// 旋转光标static char lable[4] = { '|', '/', '-', '\\' };static int index = 0; // FlushProcess函数的调用次数// 刷新进度条printf("[%-100s][%.1f%%][%c]\r", probarbuff, rate, lable[index++]);index %= 4; //始终控制index在一定的范围内fflush(stdout);if(cur >= total){printf("\n");}
}
main.c
#include "probar.h"
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>double gtotal = 1024.0; // 下载的文件的大小
double speed = 1.0; // 网速1.0// 函数指针
typedef void (*call_back) (double total, double cur);// 网络浮动
double SpeedFloat(double start, double range) // range为浮动范围
{// 随机数为整数，去浮动范围的整数部分int int_range = range;// 生成浮动范围内的随机数 模int_range// range - int_range 是浮动范围的小数部分return start + rand()%int_range + (range - int_range);
}// 下载场景
void DownLoad(double total, call_back cb)
{// 随机数种子srand(time(NULL));// 当前下载的总量默认为0.0double cur = 0.0;// 下载---下载总量等于文件的大小时，也需要刷新进度条while(cur <= total){ // 进度条的刷新cb(total, cur);cur += SpeedFloat(speed, 6.6); // 模拟下载if(cur > total){cur = total; // 模拟下载完成cb(total, cur);break;}usleep(50000); // 网络延迟}
}int main()
{//Probar();DownLoad(490, FlushProcess);return 0;
}在C语言中可以输出彩色文本，可以在网上查找，下面提供几个颜色代码的定义：
// 颜色代码定义
#define RED "\033[0;31m"
#define GREEN "\033[0;32m"
#define YELLOW "\033[0;33m"
#define BLUE "\033[0;34m"
#define PURPLE "\033[0;35m"
#define CYAN "\033[0;36m"
#define WHITE "\033[0;37m"
#define RESET "\033[0m"
将进度条设置为紫色：
代码：
printf(PURPLE"[%-100s][%.1f%%][%c]\r" RESET, probarbuff, rate, lable[index++]);结果：
知识回顾
告别手动编译：用Makefile自动化你的Linux项目-CSDN博客
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