淺析標準I/O緩沖區(qū)

作者：曾宏安，華清遠見嵌入式培訓(xùn)中心高級講師

學(xué)習(xí)過編程的朋友都知道ANSI C里定義的標準I/O是一種帶緩沖的高級磁盤I/O，目的是盡可能減少使用read和write系統(tǒng)調(diào)用的次數(shù)，從而提高I/O效率。標準I/O提供了3種類型的緩沖類型。

● 全緩沖。在這種情況下，當填滿標準I/O緩存后才進行實際I/O操作。對駐留在磁盤上的文件的訪問通常是由標準I/O庫實施全緩沖的。

● 行緩沖。在這種情況下，當在輸入和輸出中遇到新行符時，標準I/O庫執(zhí)行I/O操作，這允許我們一次輸出一個字符（如fputc函數(shù)），但只有寫了一行之后才進行實際I/O操作。當流涉及一個終端時（例如標準輸入和標準輸出），典型地使用行緩沖。

● 不帶緩沖。標準I/O庫不對字符進行緩沖。如果用標準I/O函數(shù)寫若干字符到不帶緩沖的流中，則相當于用write系統(tǒng)調(diào)用將這些字符寫到打開的文件上。標準出錯況stderr通常是不帶緩存的，這就使得出錯信息可以盡快顯示出來。

這里強調(diào)一下，所謂的帶不帶緩沖指的是不同的流而不是函數(shù)。比如駐留在磁盤上的文件流是全緩沖的方式，標準輸入/輸出流缺省是行緩沖而標準錯誤不帶緩沖。

行緩沖是指當遇到換行符’n’或一行滿時，才真正的進行I/O操作。Linux缺省情況下一行最多容納1024個字符，當超出這個范圍時，即使沒有遇到換行符，也引起實際的I/O操作。

對于全緩沖來說，讀寫操作是按照缺省的緩沖區(qū)大小(4K)進行的。具體說就是從流讀取內(nèi)容時每次讀取4K大小的內(nèi)容到緩沖區(qū)，而程序是從緩沖區(qū)里讀取數(shù)據(jù)的。當緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)處理完后再從流里讀取4K的內(nèi)容到緩沖區(qū)。分析下面的例子：

FILE *fp;

char buf[8192] = {0}; // 緩沖區(qū)初始化為0

char ch;

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

{

printf(“Fail to open filen”);

exit(-1);

}

setvbuf(fp, buf, _IOFBF, 4096); // 設(shè)置流fp為全緩沖，緩沖區(qū)指向buf，大小為4096

fread(&ch, 1, 1, fp); // 從流中讀取一個字節(jié)的內(nèi)容存放到變量ch中

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

雖然程序中只讀取了1個字節(jié)，但實際上讀取了4K的內(nèi)容存放到buf中。

寫文件的情況類似，當緩沖區(qū)寫滿內(nèi)容時才會引起實際的I/O操作，文件被更新。

又讀又寫的情況比較特殊。因為讀寫緩沖區(qū)只有一個，所以在讀取內(nèi)容到緩沖區(qū)之前會先把緩沖區(qū)里要更新的內(nèi)容(如果有的話)寫到文件。還有一種情況也會引起實際寫操作，那就是fseek函數(shù)的調(diào)用。

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