浅析标准I/O缓冲区

作者：曾宏安，华清远见嵌入式培训中心高级讲师

学习过编程的朋友都知道ANSI C里定义的标准I/O是一种带缓冲的高级磁盘I/O，目的是尽可能减少使用read和write系统调用的次数，从而提高I/O效率。标准I/O提供了3种类型的缓冲类型。

● 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。对驻留在磁盘上的文件的访问通常是由标准I/O库实施全缓冲的。

● 行缓冲。在这种情况下，当在输入和输出中遇到新行符时，标准I/O库执行I/O操作，这允许我们一次输出一个字符（如fputc函数），但只有写了一行之后才进行实际I/O操作。当流涉及一个终端时（例如标准输入和标准输出），典型地使用行缓冲。

● 不带缓冲。标准I/O库不对字符进行缓冲。如果用标准I/O函数写若干字符到不带缓冲的流中，则相当于用write系统调用将这些字符写到打开的文件上。标准出错况stderr通常是不带缓存的，这就使得出错信息可以尽快显示出来。

这里强调一下，所谓的带不带缓冲指的是不同的流而不是函数。比如驻留在磁盘上的文件流是全缓冲的方式，标准输入/输出流缺省是行缓冲而标准错误不带缓冲。

行缓冲是指当遇到换行符’n’或一行满时，才真正的进行I/O操作。Linux缺省情况下一行最多容纳1024个字符，当超出这个范围时，即使没有遇到换行符，也引起实际的I/O操作。

对于全缓冲来说，读写操作是按照缺省的缓冲区大小(4K)进行的。具体说就是从流读取内容时每次读取4K大小的内容到缓冲区，而程序是从缓冲区里读取数据的。当缓冲区里的数据处理完后再从流里读取4K的内容到缓冲区。分析下面的例子：

FILE *fp;

char buf[8192] = {0}; // 缓冲区初始化为0

char ch;

if ( (fp=fopen (“data.txt”, “r+”)) == NULL )

{

printf(“Fail to open filen”);

exit(-1);

}

setvbuf(fp, buf, _IOFBF, 4096); // 设置流fp为全缓冲，缓冲区指向buf，大小为4096

fread(&ch, 1, 1, fp); // 从流中读取一个字节的内容存放到变量ch中

printf(“%d %d %dn”, buf[0], buf[1], buf[4095]);

虽然程序中只读取了1个字节，但实际上读取了4K的内容存放到buf中。

写文件的情况类似，当缓冲区写满内容时才会引起实际的I/O操作，文件被更新。

又读又写的情况比较特殊。因为读写缓冲区只有一个，所以在读取内容到缓冲区之前会先把缓冲区里要更新的内容(如果有的话)写到文件。还有一种情况也会引起实际写操作，那就是fseek函数的调用。

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