缓冲区

缓冲区又称为缓存,它是内存空间的一部分。也就是说,在内存空间中预留了一定的存储空间,这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据,这部分预留的空间就叫做缓冲区。

缓冲区根据其对应的是输入设备还是输出设备,分为输入缓冲区输出缓冲区

为什么要引入缓冲区

比如我们从磁盘里取信息,我们先把读出的数据放在缓冲区,计算机再直接从缓冲区中取数据,等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取,这样就可以减少磁盘的读写次数,再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作,故应用缓冲区可大大提高计算机的运行速度。

又比如,我们使用打印机打印文档,由于打印机的打印速度相对较慢,我们先把文档输出到打印机相应的缓冲区,打印机再自行逐步打印,这时我们的CPU可以处理别的事情。

缓冲区就是一块内存区,它用在输入输出设备和CPU之间,用来缓存数据。它使得低速的输入输出设备和高速的CPU能够协调工作,避免低速的输入输出设备占用CPU,解放出CPU,使其能够高效率工作。

缓冲区类型

  • 全缓冲
    当填满标准I/O缓存后才进行实际I/O操作。全缓冲的典型代表是对磁盘文件的读写

  • 行缓冲
    当在输入和输出中遇到换行符时,执行真正的I/O操作。这时,我们输入的字符先存放在缓冲区,等按下回车键换行时才进行实际的I/O操作。典型代表是键盘输入数据。

  • 不带缓冲
    不进行缓冲,标准出错情况stderr是典型代表,这使得出错信息可以直接尽快地显示出来。

刷新缓冲区

以下情况会导致刷新缓冲区:

  • 缓冲区满
  • 执行fflush语句
  • 执行endl语句
  • 关闭文件

缓冲区使用情况

stdin和stdout是行缓存;而stderr是无缓存的

  • 标准错误是不带缓冲的
  • 涉及终端设备的流,一般为行缓冲
  • 其他的为全缓冲

如果我们没有自己设置缓冲区的话,系统会默认为标准输入输出设置一个缓冲区,这个缓冲区的大小通常是4096个字节的大小,这和计算机中的分页机制有关,因为进程在计算机中分配内存使用的就是分页与分段的机制,并且每个页的大小是4096个字节,因此通常情况下缓冲区的大小会设置为4096个字节的大小

  • 输入缓冲区
    输入缓冲区的理解
  • 输出缓冲区
    输出缓冲区的理解
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

    printf("this is a test");
    sleep(10);
    return 0;
}

执行后发现,printf执行完了之后,内容并没有马上输出到终端,而是在程序运行完之后才输出

  • 错误输出 无缓冲
    #include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

int i;
for(i=0; i< 3; ++i) {
    printf("%d",i);
    fprintf(stderr, "2");
}
return 0;

}

执行结果:
````shell
[root@iz2zecj7a5r32f2axsctb9z buffer]# ./stderrbuf 
222012

可以看到stderr先输出,而printf等进程结束后输出的。使用strace跟踪的结果如下:

write(2, "2", 12)                        = 1
write(2, "2", 12)                        = 1
write(2, "2", 12)                        = 1
write(1, "012", 3012)                      = 3
exit_group(0)                           = ?
+++ exited with 0 +++
  • 全缓冲
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[]) {

    FILE *fp = fopen("./test.txt", "w+");
    if ( NULL == fp) {
        perror("open file failed");
        return -1;
    }
    // setbuf(fp,NULL);
    char buf[] = "this is a test\n";
    fwrite(buf, sizeof(char),sizeof(buf),fp);
    // fflush(fp);
    sleep(20);
    fclose(fp);
    return 0;
}

执行结果发现,fwrite后文件中并没有内容,等程序执行完毕后文件中有了相应内容,原因在于磁盘文件默认是全缓冲的,因此在将内容写入文件后,并没有直接存在文件中;
可以通过使用fflush 或者设置缓冲为无缓冲(setbuf)直接将数据写入文件

缓冲区大小

#include <stdio.h>
int main(int argc, char * argv[]) {
    printf("bufsize = %d\n", BUFSIZ);
}

在Linux下运行得到结果为: bufsize = 8192(字节), 即8KB

文档更新时间: 2021-03-07 20:46   作者:周国强