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APUE之全缓冲、行缓冲、无缓冲

编程语言 zhangxiao93 9℃ 0评论
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基于流的操作最终会调用read或者write函数进行I/O操作。为了使程序的运行效率最高,流对象通常会提供缓冲区,以减少调用系统I/O库函数的次数。


一共有三种缓冲类型:

全缓冲:直到缓冲区被填满,才调用系统I/O函数。对于读操作来说,直到读入的内容的字节数等于缓冲区大小或者文件已经到达结尾,才进行实际的I/O操作, 将外存文件内容读入缓冲区;对于写操作来说,直到缓冲区被填满,才进行实际的I/O操作,缓冲区内容写到外存文件中。磁盘文件通常是全缓冲的。

行缓冲:直到遇到换行符’\n’,才调用系统I/O库函数。


对于读操作来说,遇到换行符’\n’才进行I/O操作,将所读内容读入缓冲区;


对于写操作来说, 遇到换行符’\n’才进行I/O操作,将缓冲区内容写到外存中。


由于缓冲区的大小是有限的,所以当缓冲区被填满时,即使没有遇到换行符’\n’,也同样会 进行实际的I/O操作。


当流涉及到一个终端时,通常使用行缓冲。

无缓冲:没有缓冲区,数据会立即读入或者输出到外存文件和设备上。标准出错stderr是无缓冲的,这样保证错误提示和输出能够及时反馈给用户,供用户排除错误。

通过一段代码分别判断 标准输入 标准输出 标准错误的缓冲情况:

//buffer.c
#include 
int main(void)
{ 

    printf("stdin is ");
    if(stdin->_flags & _IO_UNBUFFERED) 
    printf("unbuffered\n");
    else if(stdin->_flags & _IO_LINE_BUF)
    printf("line-buffered\n");
    else
    printf("fully-buffered\n");
    printf("buffer size is %d\n", stdin->_IO_buf_end - 
        stdin->_IO_buf_base); 
    printf("discriptor is %d\n\n", fileno(stdin)); 

    printf("stdout is ");
    if(stdout->_flags & _IO_UNBUFFERED) 
    printf("unbuffered\n");
    else if(stdout->_flags & _IO_LINE_BUF)
    printf("line-buffered\n");
    else
    printf("fully-buffered\n");
    printf("buffer size is %d\n", stdout->_IO_buf_end - 
        stdout->_IO_buf_base); 
    printf("discriptor is %d\n\n", fileno(stdout)); 

    printf("stderr is ");
    if(stderr->_flags & _IO_UNBUFFERED) 
    printf("unbuffered\n");
    else if(stderr->_flags & _IO_LINE_BUF)
    printf("line-buffered\n");
    else
    printf("fully-buffered\n");
    printf("buffer size is %d\n", stderr->_IO_buf_end - 
        stderr->_IO_buf_base); 
    printf("discriptor is %d\n\n", fileno(stderr));
    return 0;
}

结果是全缓冲、行缓冲和无缓冲。

为什么stdin是全缓冲呢?

在APUE里面提到

一般情况下认为:

标准错误是不带缓冲的


若指向终端设备的流则是行缓冲,否则是全缓冲的

因此,当我们在代码中加入

int a;
scanf("%d",&a);

输出就变成了:行缓冲、行缓冲、无缓冲。

另外在APUE里面还提到:

当且仅当标准输入和标准输出并不指向交互式设备的时候,他们是全缓冲


标准错误绝对不是全缓冲

因此,可以尝试对流进行一下重定向,看看输出是什么:

./buffer 1>out.txt 2>error.txt

标准输出被重定向到out.txt文件中,打开该文件,结果为:


全缓冲、全缓冲、无缓冲

还可以用一个例子来说明:

//buffer2.c
#include   
#include   
#include   

char buf[] = "zhangxiao\n";  

int main()  
{  
    pid_t pid;  


    if(write(STDOUT_FILENO, buf, strlen(buf)) != strlen(buf))  
    {  
    fprintf(stderr, "write error");  
    return 0;  
    }  
    printf("before fork()...\n");  

    if((pid = fork()) == -1)  
    {  
    fprintf(stderr, "fork error");  
    return 0;  
    }  
    if(pid == 0)  //child
    {  
    ;
    }  
    else  // parent
    {  
    sleep(2);  
    }  
    return 0;  
}  

直接运行./buffer2


输出结果为:

zhangxiao
before fork()

如果运行:./buffer2 > test.txt


打开重定向的文件,里面内容为:

zhangxiao
before fork()
before fork()

before fork被输出了两次。

首先,刚刚提到,面向终端的IO默认是行缓冲的,因此printf("....\n")之后,在遇到\n缓冲区刷新(即遇到\n时fflush缓冲)。


而重定向到文件的缓冲方式是全缓冲,printf操作后,并没有刷新缓冲。

当fork子进程的时候,子进程会复制父进程的数据空间,当然包括父进程打开的文件描述符所对应的缓冲区

第一种情况,输出后缓冲区已经被刷新即清除,所以子进程不会复制这部分缓冲区;第二种情况全缓冲,不会被刷新,所以子进程会复制这部分缓冲区,


在程序结束时才会对输出缓冲区进行刷新。所以最后会输出两次“before fork()…”,因为父进程和子进程都有自己的这部分缓冲区。

那么为什么在print之前的write不会出现两次呢?因为write是不带缓冲的IO

如果不满足系统这种默认设定,可调用下面两个函数更改缓冲类型:

void serbuf(FILE*restrict fp,char *restrict buf);
int servbuf(FILE*restrict fp,char *restrict buf,int mode,size_t size);

例如,

setvbuf(stdout,NULL,_IONBF,0);//设置标准输出不带缓冲
//类似的mode还有:
//_IOFBF 全缓冲
//_IOLBF 行缓冲
//_IONBF 无缓冲

1.参考

1.apue


2.http://blog.csdn.net/anonymalias/article/details/8011115


3.http://www.cnblogs.com/youxin/p/4304998.html

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