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C语言缓冲区(缓存)详解

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
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。

缓冲区的类型

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。

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)。

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。

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。 

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512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:
printf("%d", BUFSIZ);
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 setvbuf() 和 setbuf() 函数。

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。

深入理解缓冲区请查看:结合缓冲区谈谈C语言getchar()、getche()、getch()的区别
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