【Linux系统编程】IO标准缓冲区

1. 缓冲区概述

标准I/O提供了三种类型的缓冲：

1、全缓冲：

在填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作。常规文件（如普通文本文件）通常是全缓冲的。

2、行缓冲：

当在输入和输出中遇到换行符时，标准I/O库执行I/O操作。这允许我们一次输出一个字符，但只有在写了一行之后才进行实际I/O操作。标准输入和标准输出对应终端设备（如屏幕）时通常是行缓冲的。

3、不带缓冲：

用户程序每次调库函数做写操作都要通过系统调用写回内核（如系统调用函数）。标准错误输出通常是无缓冲的，这样用户程序产生的错误信息可以尽快输出到设备。

2. 全缓冲

测试代码:

int main(int argc, char *argv[])
{
	FILE *fp = NULL;
	// 读写方式打开，文件不存在则创建
	fp = fopen("test.txt", "w+");
	if(NULL == fp)
	{
		printf("open error\n");
		return 1;
	}
	char *str = "C++程序员\n";
	fwrite(str, 1, strlen(str), fp);	// 往文件写内容
	while(1);	// 程序阻塞在这里

	return 0;
}

运行程序发现，test.txt并没有内容。因为常规文件通常是全缓冲的，只有缓冲区满了后，才会把内容写到文件中。接下来，我们改一下上面那个例子。

测试代码:

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	FILE *fp = NULL;
	// 读写方式打开，文件不存在则创建
	fp = fopen("test.txt", "w+");
	if(NULL == fp)
	{
		printf("open error\n");
		return 1;
	}
	char *str = "test\n";
	int i = 0;
	while(i <= 512){	// 缓冲区大小不确定，i的大小只是一个调试值
		fwrite(str, 1, strlen(str), fp);	// 往文件写内容
		i++;
	}
	while(1);	// 程序阻塞在这里

	return 0;
}

上面的例子是循环给文件写内容，让缓冲区有填满的可能，结果发现，文件是有内容的。实际上要想成功给文件写进内容，除了缓冲区填满，还有别的方法。

2.1 人为关闭文件，就算缓冲区没有填满，内容也会写进文件

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	FILE *fp = NULL;
	// 读写方式打开，文件不存在则创建
	fp = fopen("test.txt", "w+");
	if(NULL == fp)
	{
		printf("open error\n");
		return 1;
	}
	char *str = "test ok\n";
	fwrite(str, 1, strlen(str), fp);	// 往文件写内容
	fclose(fp);		// 人为关闭文件，就算缓冲区没有填满，内容也会写进文件

	while(1);	// 程序阻塞在这里

	return 0;
}

2.2 程序正常结束，就算缓冲区没有填满，没有关闭文件，内容也会写进文件。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	FILE *fp = NULL;
	// 读写方式打开，文件不存在则创建
	fp = fopen("test.txt", "w+");
	if(NULL == fp)
	{
		printf("open error\n");
		return 1;
	}
	char *str = "test ok\n";
	fwrite(str, 1, strlen(str), fp);	// 往文件写内容

	return 0;
	// 程序正常结束，就算缓冲区没有填满，没有关闭文件，内容也会写进文件。
}

3. 行缓冲

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("hello test");
	while(1);
	return 0;
}

运行这个程序，会发现 hello test并没有打印到屏幕上。因为标准输入和标准输出对应终端设备时通常是行缓冲的，当在输入和输出中遇到换行符时，标准I/O库执行I/O操作。如下：

#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("hello test\n");
	while(1);

	return 0;
}

除了遇到换行符，还有别的方法可以执行I/O操作。

3.1 缓冲区满

int main(int argc, char *argv[])
{
	while(1)
    {	
        // 循环打印，总有缓冲区填满的可能
		printf("hello sunplusedu");
	}
	while(1);

	return 0;
}

3.2 人为刷新缓冲区

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("hello test");
	fflush(stdout);	// 人为刷新

	while(1);

	return 0;
}

3.3 程序正常结束

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	printf("hello sunplusedu");

	return 0;
	// 程序正常结束
}

4. 不带缓冲区

#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	char *str = "hello test";	
	// 有没有\n，缓冲区有没有填满，都没关系
	write(1, str, strlen(str));	// 往标准输出写内容
	while(1);

	return 0;
}

Linux系统调用中的IO函数一般不带有缓冲区。