【Linux】探索缓冲区的概念 | Git 三板斧

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💭 写在前面：本章我们先对缓冲区的概念进行一个详细的探究，之后会带着大家一步步去编写一个简陋的 "进度条" 小程序，过程还是挺有意思的，虽然实现的过程表现得非常沙雕，但它是本 Linux 专栏中第一个小程序。在讲解进度条的实现之前还会讲解一下 "回车和换行" 的区别。最后我们来介绍一下 Git，着重讲解一下 Git 三板斧，一般只要掌握三板斧就基本够用了。

Ⅰ. 缓冲区（Buffer）

0x00 引入：发现 "缓冲区" 的存在

先说一下 unistd.h 库中的 sleep 函数，它可以按照秒去休眠：

💬 代码演示：

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

int main(void) {
    printf("Helo,World!\n");  
    sleep(2);                 

    return 0;
}

❓ 思考：首先运行的是 $A$ 处的代码，还是 $B$ 处的代码？

这还用思考？肯定打出 Helo, World，先运行 $A$ 处代码，然后运行 $B$ 处代码休眠 $2s$ ：

竞猜环节！如果我们把 Helo,World 后面的 \n 给去掉，此时是先执行 $A$ 还是先执行 $B$ ？

看样子是先执行 $B$ 再执行 $A$ 了，but……

然而实际上，无论你加不加 \n，代码都是从上往下先运行的，即先执行 printf 再执行 sleep！

代码没有任何的循环判断跳转什么的操作，那一定是从上到下按顺序执行的，要坚信自己！

这就是所谓的 "顺序结构"，也是我们的默认结构。

既然是从上到下按顺序执行，可是我们运行代码观察到的现象就是 sleep 先休眠 $2s$ 然后打印啊。

怎么肥事啊！！！

" 呵呵，printf 已经执行了，但是数据还没有刷新出来。"

💡 真像：实际上，printf 已经先执行了，只是这个 "Helo,World" 没有立马被显示出来罢了！

当我们 sleep 时也没有显示，当我们 sleep 完甚至到程序退出后，这个 "Helo,World" 才显示出来。

这个时候如果打印的消息如果没有立即被显示出来，

在 sleep 执行期间它最后显示出来证明了它的存在，

但是 sleep $2s$ 内它并没有显示出来，那么问题来了 —— 这个 "Helo,World" 在哪？

难道有什么东西存着它吗？没错！有！这，就是 " 缓冲区 " ！

0x01 缓冲区的理解

什么是缓冲区？这个缓冲区在哪里？缓冲区其实说白了，就是一段内存空间。

既然是内存空间，那我们就能理解刚才举的例子里的 "Helo,World" 数据是放在了内存空间里。

只要在内存里就没有打印出来，所以我们 sleep $2s$ 时它一直在内存里 "躺平" 呢。

最后 return 退出的时候，这个数据才显示出来，所以才看到了我们现在看到的现象：

缓冲区的理解：就是一段内存空间。立马将内存中的空间显示出来 $\rightarrow$ 刷新策略

我们今天不探讨什么策略，就往显示器打印这个点来说，我们只关注一种策略 —— 行刷新！

所谓的行刷新，就是你要输出的一个行字符串当中，看它是不是一个完整行，

如果是一个完整行，就会立马刷新出来；如果不是，就不刷新，让它去缓冲区一边凉快去，

等缓冲区变满了或者程序退出了，再或者碰到换行服务，再把它一块送出去。

那么，如何证明你一个文本是完整的一行呢？

这也很简单，只要你打印的内容包含 \n，包含反斜杠 n 在内的之前的所有内容成为一行。

不是直接把数据刷到我们外设上，还是把数据先放到缓冲区里，只不过因为你有 \n，

它就立马根据刷新策略，把内容给你刷新出来，仅此而已。

❓ 如果我不想用 \n，我就想让我的数据立马刷新出去（立马显示出来）呢？

这里就说来话长了，我们不得不说一下 stdin、stdout 和 stderr 的知识。

一般一个程序默认在启动的时候会默认打开三个输入输出流：

#include <stdio.h>

extern FILE* stdin;
extern FILE* stdout;
extern FILE* stderr;

如何刷新呢？我们还可以通过 fflush() 去强制刷新：

#include <stdio.h>

int fflush(FILE* stream);

如果你仔细观察你会发现它的参数和我们 stdin、stdout 和 stderr 类型是一样的，都是 FILE*

" 实际上你们所有的 printf 底层打印的都是往 stdout 里丢的 "

在没有 \n 时，我们通过 fflush 让它打印完立马给我刷新：

🚩 运行结果如下：

Ⅱ. 实现一个简易 "进度条"

0x00 回车和换行的概念

在实现简易 "进度条" 之前，我们还需要讲解一下回车和换行的概念。

❓ 思考：你认为回车和换行是一个概念吗？

回车：将光标拨回到当前行的最开始（最左侧）
换行：新起一行（并不影响光标的位置）

我们所理解的 "换行" 并不是这里的换行，想达到我们所理解的 "换行" 效果，

即新起一行并将光标拨回最开始位置，就需要：

回车 $+$ 换行

下面我们正式来谈一谈 "回车 + 换行" 的问题。

回车对应的就是 \r，而我们在 C语言中经常使用的 \n 其实就是 "回车 + 换行"。

0x01 先学会模拟 "倒计时"

为了写 "进度条"，我们先来模拟一下 "倒计时"

💬 代码演示：从 9 开始倒计时

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

int main(void) {
  int cnt = 9;
  while (cnt) {
    printf("%d\r", cnt--);
    fflush(stdout);
    sleep(1);
  }

  return 0;
}

🚩 运行结果演示：

0x02 开始实现简易进度条

我们想要实现的效果：

我们先创建一个空文件夹，并创建一个 process.c 文件：

$ mkdir process_bar
$ touch process.c

然后我们形成一个 Makefile 文件：

process:process.c
	gcc -o process process.c
.PHONY:clean
clean:
	rm -f process

然后我们打开刚才创建的 process.c 文件，我们实现出 '#' 的填充部分：

定义一个 process() 函数，用于实现进度条。我们假设 100 个单位，定义一个宏 TIMES 表示，然后创建 bar 数组存放，因为最后要存 \0 所以这里我们需要多预留一个位置给它，所以定义一个 TIMES+1 的宏，名曰 NUM。为了方便，我们索性使用 memset 将所有缓冲区空间设置为 \0。

然后开始我们的计数操作，创建一个 cnt 变量 while 它个 100 下，每次打印 bar 中的 1 个，然后用 # 填充 cnt 对应位置的 bar 元素。

然后让程序睡个一秒再继续走循环判断。

🚩 运行结果如下：

…… 额，这进度条未免有些沙雕哈，没关系，这是初始版嘛，很正常 ㅋㅋㅋㅋㅋ

emm，现在显然有两个问题亟待解决：

sleep 一秒，这是打印地是否有些太慢……
这个进度条是否有些奇葩，哪有换行打的进度条雾草，太摩登了。

我们先来解决第一个问题，看看 usleep 函数，问问那个男人：

$ man 3 usleep

按照微秒为单位去休眠，我们 usleep(20000) ，能让它 2 秒内跑完。

$20000\mu s = 20 ms = 0.02s$

然后我们刚才还讲解缓冲区概念，的时候还介绍了 fflush() 和 \r，在这里就派上用场了。

和刚才的倒计时一样，这里换行的主要原因还是我们 printf 用了 \n，我们修改一下写的代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define TIMES 100
#define NUM TIMES+1

void process() {
  char bar[NUM];
  memset(bar, '\0', sizeof(bar));  // 将所有缓冲区空间设置为\0

  int cnt = 0;
  while (cnt <= TIMES) {
    printf("[%s]\r", bar);  // 改成\r
    fflush(stdout);         // 将数据立马显示出来

    bar[cnt++] = '#';   // 填充#作为进度图例

    usleep(20000);      // 休眠0.02s  
  }
  
  printf("\n");    // 跑完再让他换个行
}

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

🚩 运行结果如下：

不错，有个进度条的样子了。但好像没有给进度条预留一块空间啊，

现在的进度条是带着 [ ] 直接往后怼的，我们可以给 [ ] 预留 100 个字符空间：

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

我们来看看效果如何，3,2,1 笑：

哈哈哈哈哈哈，太沙雕了，虽然给 [ ] 预留空间了，但是是从右往左反过来打的。

从右往左？阿拉伯兄弟直呼内行！

为什么会这样呢？因为 C 语言默认的对齐方式是右对齐的，如果想让它左对齐，就要加 -

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

这下就没有问题了：

下面我们来加上 "百分比"

百分比不就是我们定义的 cnt 变量么？我们打印出来就行：

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

最后，我们再实现一下 "不断旋转的光标"，就大功告成了。

想做到不断旋转的视觉效果，通过 | / - \ 这四个符号不断变化即可。

由于 \ 需要用转义才能表示，所以需要 \\ ，我们把它们存到变量中。

打印时，访问我们定义的变量即可，这里将 cnt % 4 就可以按顺序循环访问这四个字符了。

/* 不断旋转的光标:   | / - \   */
  const char* lable = "|/-\\";

  int cnt = 0;
  while (cnt <= TIMES) {
    printf("[%-100s] [%d%%] ... %c\r", bar, cnt, lable[cnt % 4]);  // 改成\r

🚩 运行结果如下：

简易的进度条就大功告成了 ~

Ⅲ. Git 介绍

0x00 引入：git 是什么？

Git 是一个分布式版本控制系统，它允许多个人在同一个项目中进行协作。

它允许用户在开发过程中跟踪文件的更改，并在需要时回滚到之前的版本。

这样可以在团队协作开发时避免冲突，并保证项目的完整性。

0x01 在 Github 创建项目

点击 Repositories 进入如下页面，然后点击 New：

创建 repository：

在创建好的项目页面中复制项目的链接，以备接下来进行下载：

创建好仓库后，如果我想把代码提交到 git，我们可以把 HTTPS 的内容复制下来。

0x02 git clone 克隆

复制好 url 后，如果想把远端的仓库克隆到本地，我们可以用 git clone 指令。

创建一个放置代码的目录：

git clone [url]        # 此处的 url 是刚刚建立好的项目的链接

第一次的时候会让你输入账号和密码：

此时我们就能看到仓库的名字，赫然纸上：

这，就是我们从远端拉去下来的我们所建立的项目。

你可以进 .git 仓库里看看，看看就行，不要对里面的东西做任何的修改！

如果我们想把我们的代码提交上去，比如我们创建一个 test.c 文件：

如果你想在提交之前看看 本地仓库 和 远端仓库 之间的关系，你可以输入 git status 查验：

git status

0x03 三板斧之第一板斧 —— git add 添加

如果想上传到远端，我们就要使用 git add 指令来操作了。

git add [file name]

我们试着把刚才创建的 test.c 文件添加到我们本地的仓库：

（第一次使用 git 的时候，可能会让你配置一下你的用户名和邮箱）

添加到本地仓库之后，我们再介绍一个 git commit 指令，提交日志。

0x04 三板斧之第二板斧 —— git commit -m

git commit -m     # -m选项代表的是本次的提交日志
# 提交时应该表明提交日志、描述改动的详细内容，务必培养这个好习惯。

提交日志要好好写，不要瞎写，因为这是要给人看的，你写的一切殊不知……

日志存在的目的是为了给人看的，也是给自己看的。

写些什么呢？写一写你做了什么东西，比如：

0x05 三板斧之第三板斧 —— git push 推入

刚才已经将 test.c 存入本地仓库了，现在我们想要把它传送到远端仓库，即远端服务器上：

git push

需要填入用户名与密码，同步成功后刷新 Github 页面就能看到代码改动啦。

🔺 总结： 建立仓库 → git clone → git add → git commit -m "日志内容" → git push

📌 [ 笔者 ]   王亦优
📃 [ 更新 ]   2023.1.12
❌ [ 勘误 ]   /* 暂无 */
📜 [ 声明 ]   由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
              本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！

📜 参考资料

C++reference[EB/OL]. []. http://www.cplusplus.com/reference/.

Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. .

百度百科[EB/OL]. []. https://baike.baidu.com/.

比特科技. Linux[EB/OL]. 2021[2021.8.31 xi