标准I/O实现了三种类型的用户缓冲,并为开发者提供了接口,可以控制缓冲区类型和大小。

  • 无缓冲(Unbuffered)

    不执行用户缓冲。数据直接提交给内核。因为这种无缓冲模式不支持用户缓冲(用户缓冲一般会带来很多好处),通常很少使用,只有一个例外:标准错误默认是采用无缓冲模式。

  • 行缓冲(Line-buffered)

    缓冲是以行为单位执行。每遇到换行符,缓冲区就会被提交给内核。行缓冲对把流输出到屏幕时很有用,因为输出到屏幕的消息也是通过换行符分隔的。因此,行缓冲是终端的默认缓冲模式,比如标准输出。

  • 块缓冲(Block-buffered) 或 完全缓冲(full buffered)

    缓冲以块为单位执行,每个块是固定的字节数。很适用与处理文件。默认情况下,和文件相关的所有流都是块缓冲模式。

大部分情况下,默认的缓冲模式对于特定场景是最高效的。但是,标准 I/O 还是提供了一个接口,可以修改使用的缓冲模式:

#include <stdio.h>

int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);

mode 值必须是以下之一:

_IONBF : 无缓冲

_IOLBF : 行缓冲

_IOFBF : 块缓冲

在 _IONBF 无缓冲模式下,会忽略参数 buf 和 size;对于其他模式,buf 可以指向一个 size 字节大小的缓冲空间,标准 I/O 会用它来执行对给定流的缓冲。如果 buf 为空,glibc 会自动分配指定 size 的缓冲区。

setvbuf() 函数必须在打开流后,并在执行任何操作之前被调用。

行缓冲:

 #include <stdio.h>

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

执行程序,看到没有输出“hello world”

如果在“hello world”后面加上“\n”,可以看到输出了“hello world”

说明标准输出的缺省模式是行缓冲

行缓冲大小:

 #include <stdio.h>

 int main(int argc, char* argv[])
{
int i = ;
while(i < )
{
printf("h");
i++;
}
while();
return ;
}

如果把1024改成1025,就能看到输出,说明行缓冲的大小是1024字节

无缓冲:

 #include <stdio.h>

 int main(int argc, char* argv[])
{
fprintf(stderr, "hello world");
while();
return ;
}

可以看到“hello world”输出了,表明stderr是无缓冲的

 #include <stdio.h>

 int main(int argc, char* argv[])
{
setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, );
fprintf(stdout, "hello world");
while();
return ;
}

可以把 stdout 设置为无缓冲

 #include <stdio.h>

 char buf[];

 int main(int argc, char* argv[])
{
setvbuf(stdout, buf, _IOLBF, );
int i = ;
while(i < )
{
printf("h");
i++;
}
while();
return ;
}

可以改变缓冲区大小

行缓冲的输出条件:遇到换行符“\n”;缓冲区满

 #include <stdio.h>

 char buf[];

 int main(int argc, char* argv[])
{
setvbuf(stdout, buf, _IOLBF, );
int i = ;
while(i < )
{
printf("h");
if (i == ) printf("\n");
i++;
}
while();
return ;
}

在关闭流时,其使用的缓冲区必须存在。一个常见的错误就是把缓冲区定义成某一个作用域中的局部变量,在关闭流之前就退出这个作用域了。

 #include <stdio.h>

 int main(int argc, char* argv[])
{
char buf[BUFSIZ];
setvbuf(stdout, buf, _IOFBF, BUFSIZ);
printf("Arrr!\n");
return ;
/* 'buf' exits scope and is freed, but stdout isn't closed until later */
}

这类错误可以通过两种方式解决:一是在离开作用域之前显示关闭流,二是把 buf 设置为全局变量

 #include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#define BUF_SIZE 10
char buf[BUF_SIZE]; int myprintf(char* str)
{
if (NULL == str) return;
char *cur = str;
int len = ;
int have_n = ;
while(*cur != '\0') {
len++;
cur++;
if (*cur == '\n') have_n = ;
} int buf_len = strlen(buf);
int len_sum = buf_len + len; if (len_sum >= BUF_SIZE - || have_n) {
write(STDOUT_FILENO, buf, buf_len);
memset(buf, , BUF_SIZE);
write(STDOUT_FILENO, str, len);
}
else {
strncpy(buf, str, len);
buf[BUF_SIZE] = '\0';
}
return ;
} int main(int argc, char* argv[])
{
myprintf("1234\n5678");
//myprintf("9");
return ;
}

标准 I/O 函数在本质上是线程安全的。在每个函数的内部实现中,都关联了一把锁、一个锁计数器,以及持有该锁并打开一个流的线程。每个线程在执行任何 I/O 请求之前,必须首先获得锁而且持有该锁。两个或多个运行在同一流上的线程不会交叉执行标准 I/O 操作,因此,在单个函数调用中,标准 I/O 操作是原子操作。

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