緩沖區(qū)

緩沖區(qū)是內(nèi)存空間的一部分。也就是說(shuō)，在內(nèi)存空間中預(yù)留了一定的存儲(chǔ)空間，這些存儲(chǔ)空間用來(lái)緩沖輸入或輸出的數(shù)據(jù)，這部分預(yù)留的空間就叫做緩沖區(qū)。緩沖區(qū)根據(jù)其對(duì)應(yīng)的是輸入設(shè)備還是輸出設(shè)備，分為輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。

為什么要引入緩沖區(qū)

我們?yōu)槭裁匆刖彌_區(qū)呢？

比如我們從磁盤(pán)里取信息，我們先把讀出的數(shù)據(jù)放在緩沖區(qū)，計(jì)算機(jī)再直接從緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，等緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)取完后再去磁盤(pán)中讀取，這樣就可以減少磁盤(pán)的讀寫(xiě)次數(shù)，再加上計(jì)算機(jī)對(duì)緩沖區(qū)的操作大大快于對(duì)磁盤(pán)的操作，故應(yīng)用緩沖區(qū)可大大提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。

又比如，我們使用打印機(jī)打印文檔，由于打印機(jī)的打印速度相對(duì)較慢，我們先把文檔輸出到打印機(jī)相應(yīng)的緩沖區(qū)，打印機(jī)再自行逐步打印，這時(shí)我們的CPU可以處理別的事情。現(xiàn)在您基本明白了吧，緩沖區(qū)就是一塊內(nèi)存區(qū)，它用在輸入輸出設(shè)備和CPU之間，用來(lái)緩存數(shù)據(jù)。它使得低速的輸入輸出設(shè)備和高速的CPU能夠協(xié)調(diào)工作，避免低速的輸入輸出設(shè)備占用CPU，解放出CPU，使其能夠高效率工作。

緩沖區(qū)的類(lèi)型

緩沖區(qū) 分為三種類(lèi)型：全緩沖、行緩沖和不帶緩沖。

1、全緩沖

在這種情況下，當(dāng)填滿(mǎn)標(biāo)準(zhǔn)I/O緩存后才進(jìn)行實(shí)際I/O操作。全緩沖的典型代表是對(duì)磁盤(pán)文件的讀寫(xiě)。

2、行緩沖

在這種情況下，當(dāng)在輸入和輸出中遇到換行符時(shí)，執(zhí)行真正的I/O操作。這時(shí)，我們輸入的字符先存放在緩沖區(qū)，等按下回車(chē)鍵換行時(shí)才進(jìn)行實(shí)際的I/O操作。典型代表是鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)。

3、不帶緩沖

也就是不進(jìn)行緩沖，標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)情況stderr是典型代表，這使得出錯(cuò)信息可以直接盡快地顯示出來(lái)。

緩沖區(qū)的刷新

下列情況會(huì)引發(fā)緩沖區(qū)的刷新:

1、緩沖區(qū)滿(mǎn)時(shí)；

2、執(zhí)行flush語(yǔ)句；（flush：沖洗，沖走）

3、執(zhí)行endl語(yǔ)句；（end line）

4、關(guān)閉文件。

可見(jiàn)，緩沖區(qū)滿(mǎn)或關(guān)閉文件時(shí)都會(huì)刷新緩沖區(qū)，進(jìn)行真正的I/O操作。另外，在C++中，我們可以使用flush函數(shù)來(lái)刷新緩沖區(qū)（執(zhí)行I/O操作并清空緩沖區(qū)），如：cout << flush; //將顯存的內(nèi)容立即輸出到顯示器上進(jìn)行顯示。刷新字面上的意思是用刷子刷，把原來(lái)舊的東西變新了，這里就是改變的意思，例如像緩沖區(qū)溢出的時(shí)候，多余出來(lái)的數(shù)據(jù)會(huì)直接將之前的數(shù)據(jù)覆蓋，這樣緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)就發(fā)生了改變。

endl控制符的作用是將光標(biāo)移動(dòng)到輸出設(shè)備中下一行開(kāi)頭處，并且清空緩沖區(qū)。

cout < < endl;

相當(dāng)于

cout < < ”\n”< < flush;

通過(guò)實(shí)例演示說(shuō)明

1、文件操作演示全緩沖

創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)工程，輸入如下代碼：

#include<fstream> using namespace std;int main(){//創(chuàng)建文件test.txt并打開(kāi)ofstream outfile("test.txt");//向test.txt文件中寫(xiě)入4096個(gè)字符’a’for(int n=0;n< 4096;n++){outfile << 'a';}//暫停，按任意鍵繼續(xù)system("PAUSE");//繼續(xù)向test.txt文件中寫(xiě)入字符’b’，也就是說(shuō)，第4097個(gè)字符是’b’outfile << 'b';//暫停，按任意鍵繼續(xù)system("PAUSE");return 0; }

上面這段代碼很容易理解，已經(jīng)在代碼內(nèi)部作了注釋。

編寫(xiě)這段小代碼的目的是驗(yàn)證WindowsXP下全緩沖的大小是4096個(gè)字節(jié)，并驗(yàn)證緩沖區(qū)滿(mǎn)后會(huì)刷新緩沖區(qū)，執(zhí)行真正的I/O操作。

編譯并執(zhí)行，運(yùn)行結(jié)果如下：

?

此時(shí)打開(kāi)工程所在文件夾下的test.txt文件，您會(huì)發(fā)現(xiàn)該文件是空的，這說(shuō)明4096個(gè)字符“a”還在緩沖區(qū)，并沒(méi)有真正執(zhí)行I/O操作。敲一下回車(chē)鍵，窗口變?yōu)槿缦?#xff1a;

?

此時(shí)再打開(kāi)test.txt文件，您就會(huì)發(fā)下該文件中已經(jīng)有了4096個(gè)字符“a”。這說(shuō)明全緩沖區(qū)的大小是4K（4096），緩沖區(qū)滿(mǎn)后執(zhí)行了I/O操作，而字符“b”還在緩沖區(qū)。
再次敲一下回車(chē)鍵，窗口變?yōu)槿缦?#xff1a;

?

此時(shí)再打開(kāi)test.txt文件，您就會(huì)發(fā)現(xiàn)字符“b”也在其中了。這一步驗(yàn)證了文件關(guān)閉時(shí)刷新了緩沖區(qū)。

2、鍵盤(pán)操作演示行緩沖

先介紹getchar()函數(shù)。

函數(shù)原型：int getchar(void);

說(shuō)明：當(dāng)程序調(diào)用getchar()函數(shù)時(shí)，程序就等著用戶(hù)按鍵，用戶(hù)輸入的字符被存放在鍵盤(pán)緩沖區(qū)中，直到用戶(hù)按回車(chē)為止（回車(chē)字符也放在緩沖區(qū)中）。當(dāng)用戶(hù)鍵入回車(chē)之后，getchar()函數(shù)才開(kāi)始從鍵盤(pán)緩沖區(qū)中每次讀入一個(gè)字符。也就是說(shuō)，后續(xù)的getchar()函數(shù)調(diào)用（有多少個(gè)字符就有多少次調(diào)用）不會(huì)等待用戶(hù)按鍵，而直接讀取緩沖區(qū)中的字符，直到緩沖區(qū)中的字符讀完后，才重新等待用戶(hù)按鍵。

不知道您明白了沒(méi)有，再通俗一點(diǎn)講，當(dāng)程序調(diào)用getchar()函數(shù)時(shí)，程序就等著用戶(hù)按鍵，并等用戶(hù)按下回車(chē)鍵返回。期間按下的字符存放在緩沖區(qū)，第一個(gè)字符作為函數(shù)返回值。繼續(xù)調(diào)用getchar()函數(shù)，將不再等用戶(hù)按鍵，而是返回您剛才輸入的第2個(gè)字符；繼續(xù)調(diào)用，返回第3個(gè)字符，直到緩沖區(qū)中的字符讀完后，才等待用戶(hù)按鍵。

如果您還沒(méi)有明白，只能怨我表達(dá)能力有限，您可以結(jié)合以下實(shí)例體會(huì)。

創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)工程，輸入如下代碼：

#include <iostream> using namespace std;int main() {char c;//第一次調(diào)用getchar()函數(shù)//程序執(zhí)行時(shí)，您可以輸入一串字符并按下回車(chē)鍵，按下回車(chē)鍵后該函數(shù)才返回c=getchar();//顯示getchar()函數(shù)的返回值cout << c << endl;//暫停system("PAUSE");//循環(huán)多次調(diào)用getchar()函數(shù)//將每次調(diào)用getchar()函數(shù)的返回值顯示出來(lái)//直到遇到回車(chē)符才結(jié)束while((c=getchar())!='\n'){printf("%c",c);}//暫停system("PAUSE");return 0; }

這段小代碼也很簡(jiǎn)單，同樣在代碼內(nèi)部都有注釋。

getchar()函數(shù)的執(zhí)行就是采用了行緩沖。第一次調(diào)用getchar()函數(shù)，會(huì)讓程序使用者（用戶(hù)）輸入一行字符并直至按下回車(chē)鍵 函數(shù)才返回。此時(shí)用戶(hù)輸入的字符和回車(chē)符都存放在行緩沖區(qū)。

再次調(diào)用getchar()函數(shù)，會(huì)逐步輸出行緩沖區(qū)的內(nèi)容。

好了，本人表達(dá)能力有限，還是編譯運(yùn)行程序，通過(guò)運(yùn)行結(jié)果自己領(lǐng)會(huì)吧。

編譯運(yùn)行程序，會(huì)提示您輸入字符，您可以交替按下一些字符，如下：

?

您一直按下去，您就會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)您按到第4094個(gè)字符時(shí)，不允許您繼續(xù)輸入字符。這說(shuō)明行緩沖區(qū)的大小也是4K。

此時(shí)您按下回車(chē)鍵，返回第一個(gè)字符’a’，如下圖：

?

繼續(xù)敲一下回車(chē)鍵，將緩沖區(qū)的其它的字符全部輸出，如下圖：

?

3、標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出不帶緩沖

如錯(cuò)誤輸出時(shí)使用：

cerr<<”錯(cuò)誤，請(qǐng)檢查輸入的參數(shù)!”;

這條語(yǔ)句等效于：

fprintf(stderr, ”錯(cuò)誤，請(qǐng)檢查輸入的參數(shù)!”);

緩存（cache）

cache是一個(gè)非常大的概念。

一、CPU的Cache

CPU的Cache，它中文名稱(chēng)是高速緩沖存儲(chǔ)器，讀寫(xiě)速度很快，幾乎與CPU一樣。由于CPU的運(yùn)算速度太快，內(nèi)存的數(shù)據(jù)存取速度無(wú)法跟上CPU的速度，所以在cpu與內(nèi)存間設(shè)置了cache為cpu的數(shù)據(jù)快取區(qū)。當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序時(shí)，數(shù)據(jù)與地址管理部件會(huì)預(yù)測(cè)可能要用到的數(shù)據(jù)和指令，并將這些數(shù)據(jù)和指令預(yù)先從內(nèi)存中讀出送到Cache。一旦需要時(shí)，先檢查Cache，若有就從Cache中讀取，若無(wú)再訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存，現(xiàn)在的CPU還有一級(jí)cache，二級(jí)cache。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Cache就是用來(lái)解決CPU與內(nèi)存之間速度不匹配的問(wèn)題，避免內(nèi)存與輔助內(nèi)存頻繁存取數(shù)據(jù)，這樣就提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率。

二、磁盤(pán)的Cache
磁盤(pán)也有cache，硬盤(pán)的cache作用就類(lèi)似于CPU的cache，它解決了總線(xiàn)接口的高速需求和讀寫(xiě)硬盤(pán)的矛盾以及對(duì)某些扇區(qū)的反復(fù)讀取。

三、瀏覽器的Cache

瀏覽器緩存（Browser Caching）是為了節(jié)約網(wǎng)絡(luò)的資源加速瀏覽，瀏覽器在用戶(hù)磁盤(pán)上對(duì)最近請(qǐng)求過(guò)的文檔進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)者再次請(qǐng)求這個(gè)頁(yè)面時(shí)，瀏覽器就可以從本地磁盤(pán)顯示文檔，這樣就可以加速頁(yè)面的閱覽，并且可以減少服務(wù)器的壓力。這個(gè)過(guò)程與下載非常類(lèi)似，不過(guò)下載是用戶(hù)的主動(dòng)過(guò)程，并且下載的數(shù)據(jù)一般是長(zhǎng)時(shí)間保存，游覽器的緩存的數(shù)據(jù)只是短時(shí)間保存，可以人為的清空

四、Cache的大小

同樣cache也有大小，例如現(xiàn)在市面上購(gòu)買(mǎi)的CPU的cache越大，級(jí)數(shù)越多，CPU的訪(fǎng)問(wèn)速度越快。cache在很多方面都有應(yīng)用，就不一一列舉了。

緩存（cache）與緩沖(buffer)的主要區(qū)別

Buffer的核心作用是用來(lái)緩沖，緩和沖擊（對(duì)輸出設(shè)備的沖擊，包括磁盤(pán)、打印機(jī)、顯示器）。比如你每秒要寫(xiě)100次硬盤(pán)，對(duì)系統(tǒng)沖擊很大，浪費(fèi)了大量時(shí)間在忙著處理開(kāi)始寫(xiě)和結(jié)束寫(xiě)這兩件事嘛。用個(gè)buffer暫存起來(lái)，變成每10秒寫(xiě)一次硬盤(pán)，對(duì)系統(tǒng)的沖擊就很小，寫(xiě)入效率高了，日子過(guò)得爽了。極大緩和了沖擊。

Cache的核心作用是加快取用的速度（加快讀取速度，包括CPU讀內(nèi)存、內(nèi)存讀磁盤(pán)、用戶(hù)通過(guò)瀏覽器請(qǐng)求資源）。比如你一個(gè)很復(fù)雜的計(jì)算做完了，下次還要用結(jié)果，就把結(jié)果放手邊一個(gè)好拿的地方存著，下次不用再算了。加快了數(shù)據(jù)取用的速度。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是buffer偏重于寫(xiě)，而cache偏重于讀。

有時(shí)候大家要好好理解這些專(zhuān)有名詞字面上的意思，對(duì)理解這些概念有好處，緩沖：緩解沖擊，緩存：臨時(shí)存儲(chǔ)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的什么是缓冲区（buffer），什么是缓存（cache）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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