阅读目录

概念
缓冲区类型
- 1. 全缓冲
- 2. 行缓冲
- 3. 不带缓冲
缓冲区特征
- 1. 缓存特征
- 2. 缓冲区的大小
- 3. 缓冲区的刷新（清空）
- 4. 缓冲类型和大小确认函数
缓冲实例
FILE结构定义
参考资料

概念

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，分为输入缓冲区和输出缓冲区。

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。

现在您基本明白了吧，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

缓冲区分为三种类型：全缓冲、行缓冲和不带缓冲。

1. 全缓冲

在这种情况下，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。

一般磁盘文件是全缓冲的（缓冲区一般为4096个字节）。

2. 行缓冲

在这种情况下，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。典型代表是标准输入(stdin)和标准输出(stdout)。

注意：换行符也被读入缓冲区。（缓冲区一般为1024个字节）

3. 不带缓冲

也就是不进行缓冲，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。

缓冲区特征

1. 缓存特征

ANSI C( C89 )要求缓存具有下列特征：
当且仅当标准输入和标准输出并不涉及交互设备时，它们才是全缓存的。
标准出错决不会是全缓存的。

但是，这并没有告诉我们如果标准输入和输出涉及交互作用设备时，它们是不带缓存的还是行缓存的，以及标准输出是不带缓存的，还是行缓存的。

大部分系统默认使用下列类型的缓存：
标准出错是不带缓存的。
如果是涉及终端设备的流，则它们是行缓存的；否则是全缓存的。

我们经常要用到标准输入输出流，而ANSI C对stdin、stdout和stderr的缓存特征没有强行的规定，以至于不同的系统可能有不同的stdin、stdout和stderr的缓存特征。目前主要的缓存特征是：stdin和stdout是行缓存；而stderr是无缓存的。

2. 缓冲区的大小

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。

缓冲区大小由stdio.h头文件中的宏BUFSIZ定义，如果希望查看它的大小，包含头文件，直接输出它的值即可。

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

缓冲区的大小是可以改变的，也可以将文件关联到自定义的缓冲区，详情可以查看setbug()和setvbuf()函数。
https://www.runoob.com/cprogramming/c-function-setbuf.html
https://www.runoob.com/cprogramming/c-function-setvbuf.html

3. 缓冲区的刷新（清空）

下列情况会引发缓冲区的刷新：
缓冲区满时；
行缓冲区遇到回车时；
关闭文件；
使用特定函数刷新缓冲区，如fflush()函数

我们上面提到标准输入输出是行缓冲，即一行满了才会刷新，那什么是刷新呢？刷新就是将数据从缓冲区取出来，真正能刷新，要满足什么条件呢？

1、满刷新，即一行满了（1024个字节）才会刷新；

2、遇到’\n’会刷新；

3、调用fflush()函数；

4、程序结束 fclose();

4. 缓冲类型和大小确认函数

//这是一个分别打印三个标准流和一个文件流的缓冲方式的应用实例
#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
//以上是关于缓冲方式和缓冲区大小的预定义
void pr_stdio(const char *, FILE *);
//子函数声明
int main(int argc,char *argv[])
{FILE  *fp = NULL;   //流文件结构指针pr_stdio("stdin",  stdin);    //标准输入pr_stdio("stdout", stdout);   //标准输出pr_stdio("stderr", stderr);   //标准出错处理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;
}
//测试缓冲输出函数
void  pr_stdio(const char *name, FILE *fp)
{   printf("当前流是%s, ", name);   //打印流的名称if (fp->_IO_file_flags & _IO_UNBUFFERED){printf("无缓冲\n");}else if (fp->_IO_file_flags & _IO_LINE_BUF){printf("行缓冲\n");}else{ printf("全缓冲\n");}printf(", 缓冲区大小 = %ld\n", BUFFERSZ(fp));return;
}

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

缓冲实例

我们以printf函数和stderr为例，先说明stdout（对应printf）是遇到换行符或缓冲区满之后或程序结束后才输出缓冲，stderr一般是无缓冲的：

/*
** 在我的实验环境中，缓冲区大小默认为1024
*/
#include <stdio.h>int main()
{while(1) {printf(".");fprintf(stderr, "1");}return 0;
}

运行结果：

（你可以数数，有1024个1，然后1024个’.’，…）
或者你可以通过用./a.out > t 2>&1重定向标准输出和错误到文件t中，这样就可以很容易看到运行结果（因为程序跑的很快，很难找到开始运行出来的那一行），这时的缓冲区大小是4096个字节。

FILE结构定义

头文件

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

默认定义

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 */
};

参考资料

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

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