1.簡介

基于流的操作最終會調用read或者write函數進行I/O操作。為了使程序的運行效率最高,流對象通常會提供緩沖區,以減少調用系統I/O庫函數的次數。

在Linux中,緩沖方式存在三種,分別是: (1)全緩沖。輸入或輸出緩沖區被填滿,會進行實際I/O操作。其他情況,如強制刷新、進程結束也會進行實際I/O操作。

對于讀操作來說,當讀入內容的字節數等于緩沖區大小或者文件已經到達結尾,或者強制刷新,會進行實際的I/O操作,將外存文件內容讀入緩沖區;對于寫操作來說,當緩沖區被填滿或者強制刷新,會進行實際的I/O操作,緩沖區內容寫到外存文件中。磁盤文件操作通常是全緩沖的。

(2)行緩沖。輸入或輸出緩沖區遇到換行符會進行實際I/O操作。其他與全緩沖相同。

(3)無緩沖。沒有緩沖區,數據會立即讀入內存或者輸出到外存文件和設備上。標準錯誤輸出stderr是無緩沖的,這樣保證錯誤信息能夠及時反饋給用戶,供用戶排除錯誤。

三種緩沖類型的宏定義在頭文件<stdio.h>。

在學習APUE這本書時,程序8-1中,就很好的體現了全緩沖和行緩沖的區別,代碼如下:

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int glob=6; int main(int argc, char** argv) {    int var;      pid_t pid;      printf("a write to stdoutn");      if(pid=fork()<0){          printf("fork error");      }else{          if(pid==0){              glob++;              var++;          }          else{              sleep(2);          }      }      printf("pid=%d,glob=%d,var=%dn",getpid(),glob,var);      exit(0);  }

編譯成功后,我這里生成的二進制文件默認為a.out,運行結果如下:

./a.out a write to stdoutpid=4823,glob=7,var=4195873pid=4824,glob=7,var=4195873./a.out > temp.txtcat temp.txta write to stdoutpid=4864,glob=7,var=4195873a write to stdoutpid=4865,glob=7,var=4195873

可見printf在輸出到標準輸出(顯示器)時,是行緩沖,遇到換行符時會將緩沖區內容輸出到顯示器,并清空緩沖區。當使用重定向命令時,標準輸出被重定向到磁盤文件,此時標準輸出變成全緩沖,遇到換行符不輸出,而是被拷貝至子進程中,在父子進程結束后,各有一份輸出。

2.緩沖區的設置

(1)設置是否開啟緩沖區,可使用函數setbuf或者setbuffer。setbuf和setbuffer函數具有打開和關閉緩沖機制。為了帶緩沖進行I/O,參數buf指向緩沖區。通常在此之后該流就是全緩沖的,但是如果該流與一個終端設備相關,那么某些系統也可以將其設置為行緩沖。為了關閉緩沖,可以將buf參數設置為NULL。注意,setbuffer()非C標準庫函數,見于BSD系統。

setbuf()的緩沖區長度必須為BUFSIZ(定義在stdio.h),否則可能會出現緩沖區溢出。setbuffer可以指定緩沖區大小。

//@header:stdio.h//@brief:設置指定的緩沖區或關閉緩沖//@param:stream:文件指針;buffer:緩沖區地址//@notice:使用默認緩沖大小BUFSIZ(在stdio.h中定義)void setbuf ( FILE * stream, char * buffer );//@notice:同setbuf,但可指定緩沖區大小void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size_t size);

將buffer指定為NULL,關閉標準輸出緩沖。

setbuf(stdout,NULL)

指定新的緩沖區。

static char newBuffer[BUFSIZ];//必須是BUFSIZ(定義在stdio.h),否則存在緩沖溢出可能setbuf(stdout,(char*)&newBuffer);//或者指定緩沖區大小static char newBuffer[512];setbuffer(stdout,(char*)&newBuffer,512);

(2)更改緩沖模式,可使用函數setvbuf。

//@header:stdio.h//@brief:更改緩沖模式并設置緩沖區//@param:stream:文件指針;buf緩沖區地址;type:緩沖區模式;size:緩沖區大小//@ret:0成功,非0失敗int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int type, unsigned size);

例如,將流緩沖區設置為行緩沖,調用setvbuf時,緩沖區地址設為NULL,緩沖區大小設為0。注意,前提是存在緩沖區。

setvbuf(stream,NULL,_IOLBF,0);  //實測,VS2015中,size需要大于0,且只能設為全緩沖//上面的代碼等價于setlinebuf(stream);             //for BSD

如果調用setvbuf指定了緩沖區大小size大于0,緩沖區buf為NULL,則交由setvbuf進行malloc申請緩沖區。

//間接申請1024字節全緩沖區setvbuf ( stream , NULL , _IOFBF , 1024); //實測Linux無效,VS2015可以設置緩沖區大小//以下在Windows和Linux均有有效,顯示指明全緩沖區static char buf[1024];setvbuf ( stream , buff, _IOFBF , 1024);

對于上面的函數,Linux和Windows平臺對setvbuf()的具體實現不盡相同,使用時也請大家注意,總結為以下幾點: (1)Linux平臺對設備文件默認開啟行緩沖,對磁盤文件默認開啟全緩沖。

開啟關閉緩沖用setbuf()。在存在緩沖區的前提下,改變緩沖模式用setvbuf()。注意,不能使用setvbuf()來間接申請緩沖區,只能顯示指明緩沖區。

//不存在緩沖區時,間接申請緩沖區無效setvbuf(stdout,NULL,_IOFBF,100);//可以顯示指明緩沖區static char buf[100];setvbuf(stdout, buf,_IOFBF,100);

(2)Windows默認關閉緩沖,只能開啟全緩沖,開啟方式如下:

static char buf[100];setbuf(stdout,buf);  //不安全,不建議使用setvbuf(stdout, buf,_IOFBF,100);//間接申請緩沖區setvbuf(stdout,NULL,_IOFBF,100);

參考資料

[1]setvbuf