缓冲IO和非缓冲IO的区别

这两天在项目原有版本的基础上增加了一段新的协议实现代码，因此需要和平台进行联调。考虑到更好地进行调试，我在代码中添加了一段类似日志记录的代码，已获取通讯的报文内容和当时的环境参数内容，就是创建一个文件，使用标准IO的fopen、fprintf进行输出记录。但是在调试中，刚开始我就傻眼了，文件创建成功了，但是实时查看竟然没有任何数据记录。经过半天的担惊受怕和反复排查，发现是被标准IO的缓冲机制摆了一道，惭愧呀。。。

下面给出一个示例程序，模拟我的项目程序：

<!-- lang: cpp -->
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
        FILE* fp=NULL;
        const char *filename_1="test_fprintf.log";
        const char *filename_2="test_write.log";
        int fd;

        fp = fopen(filename_1, "wb");
        if(fp == NULL)
        {
                printf("open %s failed, %s\n", filename_1, strerror(errno));
                return -1;
        }
        //setbuf(fp, NULL);
        //setvbuf(fp, NULL, _IONBF, 0);
        fd = open(filename_2, O_WRONLY|O_CREAT|O_EXCL, 0666);
        if(fd < 0)
        {
                printf("open %s failed, %s\n", filename_2, strerror(errno));
                return -1;
        }
        while(1)
        {
                fprintf(fp, "test fprintf.\n");
                fprintf(fp, "-------test fprintf.\n");
                fprintf(fp, "=======test fprintf.\n");
                //fflush(fp);
                write(fd, "test open.\n", sizeof("test open.\n"));
                write(fd, "--------test open.\n", sizeof("--------test open.\n"));
                write(fd, "--------test open.\n", sizeof("--------test open.\n"));
                sleep(1);
        }

        return 0;
}

后台运行上面的示例程序，然后实时查看两个日志文件，会发现test_frpintf.log文件一开始一直都是空的，而test_write.log则是不断有数据写入，如下状态：

我当时就是奇怪为什么文件会是空的。可以看出标准IO会缓冲4096Bytes的数据，当达到这么多数据时才会进行实际的磁盘写入，而系统调用write则是直接写入，不进行缓冲。

标准IO库提供缓冲的目的是尽可能减少使用read和write调用的次数，降低执行IO的时间，它提供三种类型的缓冲：

1. 全缓冲。在填满标准IO缓冲区后才进行实际IO操作，对于磁盘文件通常就是全缓冲，上面的示例就是采用缓冲。
2. 行缓冲。在输入和输出中遇到换行符时进行实际的IO操作，当涉及到一个终端时，通常使用行缓冲。使用最频繁的printf函数就是采用行缓冲，所以感觉不出缓冲的存在。
3. 不带缓冲。标准IO库不对字符进行缓冲存储。标准出错流stderr通常是不带缓冲的。

ISO C要求下列缓冲特征：

• 当且仅当标准输入和标准输出并不涉及交互式设备时，它们才是全缓冲的。
• 标准出错决不会是全缓冲。

很多系统默认使用下列类型的缓冲：

• 标准出错是不带缓冲的。
• 如若是涉及终端设备的其它流，则他们是行缓冲的；否则是全缓冲的。

当然，对于标准IO流，我们也可以更改缓冲类型，或者是直接刷新。ISO C中提供下面两个函数以更改缓冲类型：

<!-- lang: cpp -->
void setbuf(FILE *fp, char *buf); //buf为NULL,表示关闭缓冲
int setvbuf(FILE *fp, char *buf, int mode, size_t size); //成功返回0，出错返回非0值

setvbuf函数中的mode参数可以为：IOBUF 全缓冲, IOLBF 行缓冲, _IONBF 不带缓冲，如果buf为NULL, 则标准IO库将自动地为该流分配适当长度（常量BUFSIZ）的缓冲区。一般而言，应由系统选择缓冲区的长度，并自动分配缓冲区，这样关闭流时，标准IO库将自动释放缓冲区。

强制冲洗一个流，使用函数：

<!-- lang: cpp -->
int fflush(FILE *fp); //成功返回0， 出错返回EOF

项目中我是使用这个函数解决郁闷的。

<!-- lang: cpp -->
fflush(NULL); //冲洗所有输出流

参考： 《APUE》 第2版 第5章 标准IO库 5.4 缓冲