进度条小程序

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有梦想的电信狗

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。

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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", cnt);  // 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

缓冲类型	特征	典型应用场景
全缓冲	缓冲区满时刷新	文件操作
行缓冲	遇到换行符或缓冲区满时刷新	终端输出（默认）
无缓冲	立即输出	标准错误流stderr

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

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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 cnt = 100;
    while (cnt >= 0) {
        // printf("%-2d\r", cnt);//使用\r回车会导致三位数只刷新了两位数
        printf("%-3d\r", cnt);  // %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);
        --cnt;
        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cnt，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cnt，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

核心数据结构

#define NUM 102       // 缓冲区长度（含终止符）
#define BODY '='      // 进度条主体字符
#define HEAD '>'      // 进度头部指示符
#define TOP 100       // 进度最大值

typedef void (*callback_t)(int);  // 标准化回调接口 

• 利用函数指针实现回调。

版本迭代解析

v1版本悟原理

progressBar.h头文件

#pragma once

#include <stdio.h>

//缓冲区长度（含终止符）
#define NUM 102  	  // 102 表示字符数组的长度 0-100 101个字符  末尾是\0, 因此大小是 102
#define BODY '='      // 进度条主体字符
#define HEAD '>'      // 进度头部指示符
#define TOP 100       // 进度最大值

extern void progressbar(int speed);  // extern 声明外部变量时必须加上  函数声明可加可不加

• #pragma once：防止头文件重复包含
• #define NUM 102 ：102 表示字符数组的长度，0-100，共101个字符 ，字符串末尾是\0, 因此数组长度是102
• #define BODY '='：定义进度条的形体为=
• #define HEAD '>'：定义进度条的头部为>
• #define TOP 100：定义进度条的区间长度，暂定为100

通过宏的方式定义，可以方便的实现进度条样式的修改！

progressBar.c源文件

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

char bar[NUM] = {0};
const char* label = "|/-\\";

void progressbar(int speed) {
    memset(bar, '\0', sizeof(bar));  //整体将字符串设为\0,可以方便的输出
    int len = strlen(label);

    int cnt = 0;
    while (cnt <= TOP) {
        //没有\n 就没有立即刷新，因为显示器默认是行刷新
        printf("[%-100s][%d%%][%c]\r", bar, cnt, label[cnt % len]);
        //预留出100空间，100s 默认是右对齐，进度条是反的, 用-100s解决
        //用变长的字符串，循环覆盖输出，实现进度条光标移动的效果
        //给进度条跑  %%显示百分号
        fflush(stdout);
        bar[cnt++] = BODY;  //更改进度条的风格
        if (cnt < TOP)
            bar[cnt] = '>';
        // sleep(1);
        usleep(speed);  // 100000微秒，用usleep实现更快的跑完
    }
    printf("\n");  //防止命令行提示符影响效果
}

• char bar[NUM] = {0}：进度条主体使用长度不断改变的字符串来实现
  • 初始化为{0}，这样就不用手动设置\0终止符了，用%s输出变化的字符串
  • 从0-100，恰好是char bar[NUM] = {0}字符数组中每个字符的下标
  • 每次循环内
    • cnt会++
    • 利用cnt将0-100每个位置的字符都设置为进度条主体=。
    • 随着cnt++，数组内字符串的长度也在增长，再通过%s\r回车数组字符串，从而实现进度条的动态增长
• const char* label = "|/-\\"
  • 通过0-4五个字符的顺序循环输出，实现光标闪动的效果。
• printf("[%-100s][%d%%][%c]\r", bar, cnt, label[cnt % len])
  • [%-100s]
    • -：确保进度条不反方向增长
    • 100s：预留出100长度，供进度条字符串填充
  • [%d%%]：
    • %d：输出进度数字cnt
    • %%：控制输出字符%
  • [%c]：控制循环顺序输出|/-\\中的每个字符，实现光标闪动的效果
    • 用cnt % len实现0-4的循环
  • \r：实现每次从行首开始输出，实现进度条的动态增长！
• fflush(stdout)：每次printf过后，刷新缓冲区
• usleep(speed)：usleep结合函数参数speed，实现进度条时长的控制

main.c调用

#include <unistd.h>
#include "progressBar.h"

int main(){
    progressbar(20000);
	return 0;
}

效果如下：

V2版本求拓展

• 进度条最常见的适用场景就是在下载任务中，具体的运行方式应该是：
  • 下载任务向进度条函数传递下载任务已完成的进度百分比，进度条函数根据比率动态显示
  • 因此下载任务内一定要反复调用进度条程序。
• 我们可以传入进度条函数的地址进行实现，也就是函数指针的回调函数。

progressBar.h头文件

#pragma once

#include <stdio.h>

//缓冲区长度（含终止符）
#define NUM 102  	  // 102 表示字符数组的长度 0-100 101个字符  末尾是\0, 因此大小是 102
#define BODY '='      // 进度条主体字符
#define HEAD '>'      // 进度头部指示符
#define TOP 100       // 进度最大值

typedef void (*callback_t)(int);  //函数指针类型

extern void progressbar(int rate);  // extern 声明外部变量时必须加上  函数声明可加可不加
extern void downLoad(callback_t cb);
extern void initBar();

• typedef void (*callback_t)(int) ：callback_t是函数指针类型，我们可以拆解帮助理解：
• void (*)(int)：其中：
  • * ：表示这是一个指针，且必须用括号包裹。否则会被解析为函数返回指针（如 void *func(int) 是返回 void* 的函数）
  • (*)：表示这是一个函数指针
    • void：表示该函数的返回值为void，
    • (int)：表示该函数的参数类型为一个int
• typedef void (*callback_t)(int)可以理解为typedef void (*)(int) callback_t
  • typedef：在typedef中，参数名会被省略，只保留类型。因此可以拆解为：
  • typedef void (*)(int) callback_t：将void (*)(int)类型的指针定义为类型别名 callback_t

progressBar.c源文件

#include "progressBar.h"
#include <string.h>
#include <unistd.h>
// v2 应用
char bar[NUM] = {0};
const char* label = "|/-\\";

void initBar() {
    memset(bar, '\0', sizeof(bar));
}
void progressbar(int rate) {
    if (rate < 0 || rate > 100)
        return;
    int len = strlen(label);
    //用单个字符循环覆盖输出实现光标闪动
    printf("[%-100s][%d%%][%c]\r", bar, rate, label[rate % len]);
    fflush(stdout);
    bar[rate++] = BODY;  //更改进度条的风格
    if (rate < TOP)
        bar[rate] = HEAD;
}

优化亮点：

• 全局状态保存实现多任务支持

• initBar()提供重置进度条的能力

• 动态头部指示符（>）增强视觉效果

• 增加非法进度的判断

  • if (rate < 0 || rate > 100) return

main.c模拟多任务调度实现

#include <unistd.h>
#include "progressBar.h"
// 模拟下载任务调用进度条
void downLoad(callback_t cb) {		
    int total = 1000;
    int curr = 0;  //目前curr需要从0开始
    while (curr <= total) {
        //进行某种下载任务，模拟时使用手动控制速度
        usleep(50000);
        int rate = curr * 100 / total;
        cb(rate);  	 // 传入参数，回调展示进度
        curr += 10;
    }
    printf("\n");  //防止命令行提示符影响效果
}

int main() {
    printf("downLoan 1:\n");
    downLoad(progressbar);
    initBar();
    printf("downLoan 2:\n");
    downLoad(progressbar);
    initBar();
    printf("downLoan 3:\n");
    downLoad(progressbar);
    initBar();
    return 0;
}

• 通过任务调用进度条，外部程序通过回调，调用进度条
• void (callback_t)(int)，callback_t是函数指针类型。
  • 相当于typedef void (*)(int) callback_t，把callback_t变成函数指针类型的别名

关键技术：

1. 函数指针实现回调机制
2. 速率换算算法（curr * 100 / total）
3. 时间控制（usleep微秒级延时）
4. char bar[NUM]为全局数组，每次模拟download后，需initbar()函数重置保证独立性
5. 模块化设计，确保了可维护性。

最终效果演示

Makefile配置要点

# 依赖关系
	# 依赖方法
progressBar:*.c  
	@gcc $^ -o $@

# clean和上面是独立的
.PHONY:clean   
clean:
	@rm -f progressBar

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结语

关键知识点回顾

1. 控制台输出控制：回车符与换行符的灵活运用
2. 缓冲区机制：行缓冲特性与强制刷新策略
3. 可视化设计：进度条元素（主体、头部、百分比）的协同
4. 软件工程实践：模块化设计、回调机制、多任务支持

扩展应用场景

1. 大数据处理进度监控
2. 嵌入式系统固件更新
3. 自动化测试进度反馈
4. 游戏加载界面优化

​ 通过本文对Linux下C语言进度条程序的深度解析，我们系统性地掌握了控制台交互的核心技术。从回车换行符的底层原理到缓冲区刷新机制，从进度条动态显示到模块化设计，每一步都揭示了控制台可视化反馈的实现精髓。通过函数指针与回调机制的精妙配合，我们实现了多任务场景下的独立进度管理，展现了C语言在系统编程中的强大灵活性。

​ 本项目的核心价值在于：不仅实现了基础的进度展示功能，更通过版本迭代演进，示范了软件开发的渐进式优化思路。在性能层面，未来可结合纳秒级延时控制与多线程安全机制提升精度；在交互层面，可考虑引入ANSI色彩代码或动态图标可进一步增强用户体验。

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一键三连，好运连连！