C语言标准输入输出缓冲区

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注： 以下实验环境为Ubuntu 18.04LTS（只有64bit），gcc (Ubuntu 7.3.0-16ubuntu3) 7.3.0

缓冲区例子

我们先来说说什么是C语言中的缓冲，直接来看一个例子体会一下就知道了。我们以printf函数和stderr为例，先说明stdout（对应printf）是遇到换行符或缓冲区满之后或程序结束后才输出缓冲，stderr一般是无缓冲的：

/*
** 在我的实验环境中，缓冲区大小默认为1024
*/
#include 

int main()
{
  while(1) {
    printf(".");
    fprintf(stderr, "1");
  }
  
  return 0;
}

（你可以数数，有1024个1，然后1024个’.’，…）
或者你可以通过用./a.out > t 2>&1重定向标准输出和错误到文件t中，这样就可以很容易看到运行结果（因为程序跑的很快，很难找到开始运行出来的那一行），这时的缓冲区大小是4096个字节。

缓冲区解释

C语言的标准输入输出是分缓冲和无缓冲的。这里面缓冲分为全缓冲和行缓冲。

• 全缓冲： 全缓冲是指当缓冲区满了才进行 I/O 的读写操作。一般磁盘文件是全缓冲的（缓冲区一般为4096个字节）。
• 行缓冲： 行缓冲是指遇到换行符（即’\n’）后进行 I/O 操作，当然缓冲区满了也要进行操作。注意：换行符也被读入缓冲区。（缓冲区一般为1024个字节）

一般地，标准输入stdin和标准输出stdout为行缓冲，标准错误输出stderr无缓冲。但是ANSI C要求下列缓存特征（参考APUE）:

• 当且仅当标准输入和标准输出并不涉及交互作用设备时，它们才是全缓存的。
• 标准出错决不会是全缓存的。

但是，很多系统是这么实现的：

• 涉及到交互时，标准输入输出为行缓冲，否则为全缓冲
• 标准错误输出总是无缓冲

Unix中用宏_IO_LINE_BUF和_IO_UNBUFFERED（#include 即可）来判断流属于哪个缓冲类型，判断方法（以stdin举例）为：用stdin->_flags与_IO_LINE_BUF和_IO_UNBUFFERED进行按为与运算，如果运算结果不为0，则为相应的缓冲类型；如果二者都为0，那么就是全缓冲。

下面验证之前的说明，即判断标准输入输出和标准错误输出的缓冲类型（以stdin为例子，stdout和stderr也同理，有兴趣的同学自己验证）：

/*
** 没有交互时，stdin的缓冲类型
*/
#include 

int main()
{
  if (stdin->_flags & _IO_LINE_BUF) {
    printf("stdin is Line-buf.\n");
  } else if (stdin->_flags & _IO_UNBUFFERED) {
    printf("stdin is Non-buf.\n");
  } else {
    printf("stdin is full-buf.\n");
  }

  return 0;
}

/*
** 有交互时，stdin的缓冲类型
*/
#include 

int main()
{
  int a;
  scanf("%d", &a);
  
  if (stdin->_flags & _IO_LINE_BUF) {
    printf("stdin is Line-buf.\n");
  } else if (stdin->_flags & _IO_UNBUFFERED) {
    printf("stdin is Non-buf.\n");
  } else {
    printf("stdin is full-buf.\n");
  }

  return 0;
}