你真的理解printf函数吗？ ##C语言

来看下面一个程序：

#include 
#include 

int main() {

printf("Hello");
sleep(100);

return 0;
}

上面这个程序会在执行sleep之前输出hello吗？

既然我这样问了，那么答案肯定没有那么简单，答案是不会输出。

为什么呢？接下来我们就来分析一下：

printf函数的缓冲区

事实上，printf函数有一个缓冲区，叫做stdout，那么什么是缓冲区呢？我们该怎么理解这个概念呢？

根据我自己的理解，我们可以把printf的缓冲区看作一个先进先出的队列。而printf函数要做的就是将要输出的内容从左向右依次放进缓冲区，例如：

#include 

int main() {

printf("Hello");
return 0;

}

当我们执行上面的程序到return之前时，printf已经将这个“Hello”放入了一个队列：

H e l l o

 此时，printf函数的功能已经执行结束了。

此时你可能满脑子问号，是不是少了个输出的功能？慢慢听我解释。

linux中stdout输出的条件

printf函数本身并不具有输出的功能，真正实现输出的还是一个名为write或者writev的系统调用，我们这里不讨论这一点，我们将注意力放在printf对write这个系统调用的优化上，这个优化就是这个名为缓冲区的区域。

为什么要添加一个缓冲区？这不是偶然，当然是有原因的。

因为缓冲区的概念较为透明，我们大多数情况下都会用到他但不会感觉到他的存在，因此我举个例子，相信你很快就能理解：

假设，我们想让系统输出一串字符串：

abc

 我们会这样写：

printf("abc");

 正常情况下，我们在uinx/linux系统的terminal中看到的结果是这样的：

abc%

 这个%是因为没有换行，类似于vscode中的光标。

那么现在来假设没有缓冲区，我们会看到什么样的输出呢？

abc%

 是的，你没有看错，结果没有改变，但是本质上发生了很大的变化。

在第一个输出中，系统调用只被调用了一次，也就是write，然而在第二个假设的输出情况下，系统调用被调用了三次。

你可能还没有明白，我们来举一个更加明显的例子，要知道，不仅仅是printf有缓冲区，scanf函数也有（名字叫做stdin），我们现在假设想做一个让系统输出我们想要指定的内容，我们会这样写：

#include 

#define MAX_N 10000

int main() {
char str[MAX_N];
scanf("%s", str);
printf("%s", str);
return 0;
}

 正常情况下，scanf会读取你输入的内容，但是当没有输入和输出缓冲时，情况会变得糟糕：

假设我想让他输出：

abc

那么我会先想要去按下abc让scanf函数去接收。但事实情况是这样的：

当你按下a的一瞬间，系统屏幕上出现了下面的情况：

a

a

%

程序结束。

为什么？因为没有缓冲区，当没有缓冲区的时候，系统没有地方去保存你输入的信息，会变成一个“秒男”，只能输出你的信息了，然后就会结束。

事实上，上面的例子不是很严谨，因为printf和scanf函数的缓冲区都是不可缺少的，因此用来做假设会出现很多不可预测的情况。

我的目的是想要告诉你，缓冲区的作用是减少系统调用的次数，调高系统运行的效率和速度。

回归正题，printf的缓冲区似乎并不会因为执行了printf函数而输出内容，那真正让计算机去输出的条件是什么呢？

有以下几种情况：

1. 缓冲区满
2. 缓冲区遇到换行符，按照行缓冲方式输出
3. 缓冲区遇到文件结束符EOF
4. 缓冲区遇到强制刷新的命令，例如fflush或setbuf函数
5. 缓冲区所属的文件或流被关闭，例如fclose函数或exit函数

以上就是系统输出缓冲区内容的所有条件。

回到最一开始的例子，prinf函数按照从左到右的顺序依次将字符放入缓冲区，然后进入阻塞态（sleep），这个时候并没有触发上面的任何一个条件，因此系统并不会输出，如果你多等一会，等到sleep执行结束后，会发现系统又输出了，这是因为遇到了条件5。进程被关闭，缓冲区所属的文件自然就会被关闭。