C++ 输出缓冲区的管理

在C++中，每个I/O对象管理一个缓冲区，用于存储程序读写的数据。本文将对输出缓冲区的管理进行简单的讲解。

举一个简单的例子：

myOs << "Please enter a value: ";

系统将字符串字面值存储在与流myOs关联的缓冲区中。（至于什么是流、缓冲区，可以阅读：C++ Primer Plus(Fifth Edition), Stephen Prata一书中的介绍）。下面几种情况将导致缓冲区的内容被刷新，即写入到真实的输出设备或者文件：

(1) 程序正常结束。作为main()返回工作的一部分，将清空所有输出缓存区；

注意：

如果程序不正常结束，输出缓冲区将不会刷新。在尝试调试已经崩溃的程序时，通常会根据最后的输出找出程序发生错误的区域。如果崩溃出现在某个特定的输出语句后面，则可能是在程序的这个位置之后出错。

(2) 在一些不确定的时候，缓冲区可能已经满了，在这种情况下，缓冲区将会在写下一个值前刷新；

(3) 使用操作符显示地刷新缓冲区，例如行结束符std::endl；

注意：

a) std::endl操作符的作用有两个：输出一个换行符并刷新缓冲区。而C中经常使用的换行符\n，并不具备刷新缓冲区的作用。

b) 如果仅因为缓冲区没有刷新，程序员将浪费大量时间跟踪调试并没有执行的代码。基于这个原因，输出时应更多使用std::endl而非\n，使用std::endl则不必担心程序崩溃时输出是否悬而未决（即还留在缓冲区，未输出到设备中）。

c) 除了std::endl操作符外，C++还提供了另外两种操作符：std::flush和std::ends，前者用于刷新流，但不会在输出中添加任何字符，后者比较少用到，会在缓冲区中插入空字符null然后刷新。

std::cout << "Hello world!" << std::flush; // flushes the buffer; adds no data
std::cout << "Hello world!" << std::ends;  // inserts a null, then flushes the buffer
std::cout << "Hello world!" << std::endl;  // inserts a newline, then flushes the buffer

(4) 在每次输出操作完成后，使用unitbuf操作符设置流的内部状态，从而清空缓冲区；

注意： 如果需要刷新所有输出，最好使用unitbuf操作符。这个操作符会在每次执行完流输出时刷新流，并且不会在输出中添加任何字符：

std::cout << std::unitbuf << "first" << "second" << std::nounitbuf;
// equal to the follow:
std::cout << "first" << std::flush << "second" << std::flush;

其中，std::nounitbuf是结束std::unitbuf的作用，使输出流恢复到正常的、由系统管理的缓冲区刷新方式。

(5) 可将输出流与输入流关联tie起来。在这种情况下，任何读输入流的尝试都将首先刷新其输出流关联的缓冲区。而标准库中提供了将std::cout和std::cin绑在一起的方法：tie。

注意：

a) tie函数可用istream（例如：ifstream）或ostream（例如：ofstream）对象调用，使用一个指向ostream对象的指针形参。调用tie函数时，将实参流绑在调用该函数的对象上。如果一个流调用tie函数将其本身绑在传递给tie的ostream实参对象上，则该流上的任何I/O操作都会刷新实参所关联的缓冲区：

/* the library ties std::cin and std::cout */
std::cin.tie( &std::cout );
ostream *old_tie = std::cin.tie();

/*
    break tie to std::cout, std::cout no longer flushed
    when std::cin is read
*/
std::cin.tie( 0 ); 

/* restablish normal tie between std::cin and std::cout */
std::cin.tie( old_tie );  

一个ostream对象每次只能与一个istream对象绑在一起。如果在调用tie函数时传递实参0，则打破该流上已存在的捆绑。

b) 交互式系统通常应确保它们的输入和输出流是捆绑在一起的。这样做意味着可以保证任何输入，包括给用户的提示，都在试图读之前输出。

参考文献：《C++ Primer中文版（第四版）》，Stanley B. Lippman 等著。