閱讀目錄

• 概念
• 緩沖區類型
• • 1. 全緩沖
  • 2. 行緩沖
  • 3. 不帶緩沖
• 緩沖區特征
• • 1. 緩存特征
  • 2. 緩沖區的大小
  • 3. 緩沖區的刷新（清空）
  • 4. 緩沖類型和大小確認函數
• 緩沖實例
• FILE結構定義
• 參考資料

概念

緩沖區又稱為緩存，它是內存空間的一部分。也就是說，在內存空間中預留了一定的存儲空間，這些存儲空間用來緩沖輸入或輸出的數據，這部分預留的空間就叫做緩沖區。

緩沖區根據其對應的是輸入設備還是輸出設備，分為輸入緩沖區和輸出緩沖區。

為什么要引入緩沖區
比如我們從磁盤里取信息，我們先把讀出的數據放在緩沖區，計算機再直接從緩沖區中取數據，等緩沖區的數據取完后再去磁盤中讀取，這樣就可以減少磁盤的讀寫次數，再加上計算機對緩沖區的操作大大快于對磁盤的操作，故應用緩沖區可大大提高計算機的運行速度。

又比如，我們使用打印機打印文檔，由于打印機的打印速度相對較慢，我們先把文檔輸出到打印機相應的緩沖區，打印機再自行逐步打印，這時我們的CPU可以處理別的事情。

現在您基本明白了吧，緩沖區就是一塊內存區，它用在輸入輸出設備和CPU之間，用來緩存數據。它使得低速的輸入輸出設備和高速的CPU能夠協調工作，避免低速的輸入輸出設備占用CPU，解放出CPU，使其能夠高效率工作。

緩沖區類型

緩沖區 分為三種類型：全緩沖、行緩沖和不帶緩沖。

1. 全緩沖

在這種情況下，當填滿標準I/O緩存后才進行實際I/O操作。全緩沖的典型代表是對磁盤文件的讀寫。

一般磁盤文件是全緩沖的（緩沖區一般為4096個字節）。

2. 行緩沖

在這種情況下，當在輸入和輸出中遇到換行符時，執行真正的I/O操作。這時，我們輸入的字符先存放在緩沖區，等按下回車鍵換行時才進行實際的I/O操作。典型代表是標準輸入(stdin)和標準輸出(stdout)。

注意：換行符也被讀入緩沖區。（緩沖區一般為1024個字節）

3. 不帶緩沖

也就是不進行緩沖，標準出錯情況stderr是典型代表，這使得出錯信息可以直接盡快地顯示出來。

緩沖區特征

1. 緩存特征

ANSI C( C89 )要求緩存具有下列特征：
當且僅當標準輸入和標準輸出并不涉及交互設備時，它們才是全緩存的。
標準出錯決不會是全緩存的。

但是，這并沒有告訴我們如果標準輸入和輸出涉及交互作用設備時，它們是不帶緩存的還是行緩存的，以及標準輸出是不帶緩存的，還是行緩存的。

大部分系統默認使用下列類型的緩存：
標準出錯是不帶緩存的。
如果是涉及終端設備的流，則它們是行緩存的；否則是全緩存的。

我們經常要用到標準輸入輸出流，而ANSI C對stdin、stdout和stderr的緩存特征沒有強行的規定，以至于不同的系統可能有不同的stdin、stdout和stderr的緩存特征。目前主要的緩存特征是：stdin和stdout是行緩存；而stderr是無緩存的。

2. 緩沖區的大小

如果我們沒有自己設置緩沖區的話，系統會默認為標準輸入輸出設置一個緩沖區，這個緩沖區的大小通常是4096個字節的大小，這和計算機中的分頁機制有關，因為進程在計算機中分配內存使用的就是分頁與分段的機制，并且每個頁的大小是4096個字節，因此通常情況下緩沖區的大小會設置為4096個字節的大小。

緩沖區大小由stdio.h頭文件中的宏BUFSIZ定義，如果希望查看它的大小，包含頭文件，直接輸出它的值即可。

#include <stdio.h>int main() {printf("<stdio.h> BUFSIZ:%d\n",BUFSIZ);return 0; }

緩沖區的大小是可以改變的，也可以將文件關聯到自定義的緩沖區，詳情可以查看setbug()和setvbuf()函數。
https://www.runoob.com/cprogramming/c-function-setbuf.html
https://www.runoob.com/cprogramming/c-function-setvbuf.html

3. 緩沖區的刷新（清空）

下列情況會引發緩沖區的刷新：
緩沖區滿時；
行緩沖區遇到回車時；
關閉文件；
使用特定函數刷新緩沖區，如fflush()函數

我們上面提到標準輸入輸出是行緩沖，即一行滿了才會刷新，那什么是刷新呢？刷新就是將數據從緩沖區取出來，真正能刷新，要滿足什么條件呢？

1、滿刷新，即一行滿了（1024個字節）才會刷新；

2、遇到’\n’會刷新；

3、調用fflush()函數；

4、程序結束 fclose();

4. 緩沖類型和大小確認函數

//這是一個分別打印三個標準流和一個文件流的緩沖方式的應用實例 #include <stdio.h> #include <stdlib.h>#if defined(MACOS) #define _IO_UNBUFFERED __SNBF #define _IO_LINE_BUF __SLBF #define _IO_file_flags _flags #define BUFFERSZ(fp) (fp)->_bf._size #else #define BUFFERSZ(fp) ((fp)->_IO_buf_end - (fp)->_IO_buf_base) #endif //以上是關于緩沖方式和緩沖區大小的預定義 void pr_stdio(const char *, FILE *); //子函數聲明 int main(int argc,char *argv[]) {FILE *fp = NULL; //流文件結構指針pr_stdio("stdin", stdin); //標準輸入pr_stdio("stdout", stdout); //標準輸出pr_stdio("stderr", stderr); //標準出錯處理printf("fopen error\n");fp = fopen("file.txt", "w+");fprintf(fp, "%s %s %s %d", "We", "are", "in", 2020);pr_stdio("file", fp); //文件return 0; } //測試緩沖輸出函數 void pr_stdio(const char *name, FILE *fp) { printf("當前流是%s, ", name); //打印流的名稱if (fp->_IO_file_flags & _IO_UNBUFFERED){printf("無緩沖\n");}else if (fp->_IO_file_flags & _IO_LINE_BUF){printf("行緩沖\n");}else{ printf("全緩沖\n");}printf(", 緩沖區大小 = %ld\n", BUFFERSZ(fp));return; }

https://blog.51cto.com/10638473/1983077

緩沖實例

我們以printf函數和stderr為例，先說明stdout（對應printf）是遇到換行符或緩沖區滿之后或程序結束后才輸出緩沖，stderr一般是無緩沖的：

/* ** 在我的實驗環境中，緩沖區大小默認為1024 */ #include <stdio.h>int main() {while(1) {printf(".");fprintf(stderr, "1");}return 0; }

運行結果：

（你可以數數，有1024個1，然后1024個’.’，…）
或者你可以通過用./a.out > t 2>&1重定向標準輸出和錯誤到文件t中，這樣就可以很容易看到運行結果（因為程序跑的很快，很難找到開始運行出來的那一行），這時的緩沖區大小是4096個字節。

FILE結構定義

頭文件

<sys/reent.h> defines __FILE, _fpos_t.

默認定義

struct __sFILE {unsigned char *_p; /* current position in (some) buffer */int _r; /* read space left for getc() */int _w; /* write space left for putc() */short _flags; /* flags, below; this FILE is free if 0 */short _file; /* fileno, if Unix descriptor, else -1 */struct __sbuf _bf; /* the buffer (at least 1 byte, if !NULL) */int _lbfsize; /* 0 or -_bf._size, for inline putc */#ifdef _REENT_SMALLstruct _reent *_data; #endif/* operations */_PTR _cookie; /* cookie passed to io functions */_READ_WRITE_RETURN_TYPE _EXFNPTR(_read, (struct _reent *, _PTR,char *, _READ_WRITE_BUFSIZE_TYPE));_READ_WRITE_RETURN_TYPE _EXFNPTR(_write, (struct _reent *, _PTR,const char *,_READ_WRITE_BUFSIZE_TYPE));_fpos_t _EXFNPTR(_seek, (struct _reent *, _PTR, _fpos_t, int));int _EXFNPTR(_close, (struct _reent *, _PTR));/* separate buffer for long sequences of ungetc() */struct __sbuf _ub; /* ungetc buffer */unsigned char *_up; /* saved _p when _p is doing ungetc data */int _ur; /* saved _r when _r is counting ungetc data *//* tricks to meet minimum requirements even when malloc() fails */unsigned char _ubuf[3]; /* guarantee an ungetc() buffer */unsigned char _nbuf[1]; /* guarantee a getc() buffer *//* separate buffer for fgetline() when line crosses buffer boundary */struct __sbuf _lb; /* buffer for fgetline() *//* Unix stdio files get aligned to block boundaries on fseek() */int _blksize; /* stat.st_blksize (may be != _bf._size) */_off_t _offset; /* current lseek offset */#ifndef _REENT_SMALLstruct _reent *_data; /* Here for binary compatibility? Remove? */ #endif#ifndef __SINGLE_THREAD___flock_t _lock; /* for thread-safety locking */ #endif_mbstate_t _mbstate; /* for wide char stdio functions. */int _flags2; /* for future use */ };

參考資料

https://www.cnblogs.com/pricks/p/3821832.html
https://www.cnblogs.com/mydomain/p/9817320.html
https://blog.csdn.net/snowlyw/article/details/80963494

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C语言标准输入输出缓冲区的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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