淺析標(biāo)準(zhǔn)I/O緩沖區(qū)

作者：曾宏安，華清遠(yuǎn)見嵌入式培訓(xùn)中心高級(jí)講師

學(xué)習(xí)過(guò)編程的朋友都知道ANSI C里定義的標(biāo)準(zhǔn)I/O是一種帶緩沖的高級(jí)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(biāo)準(zhǔn)I/O提供了3種類型的緩沖類型。

● 全緩沖。在這種情況下，當(dāng)填滿標(biāo)準(zhǔn)I/O緩存后才進(jìn)行實(shí)際I/O操作。對(duì)駐留在磁盤上的文件的訪問(wèn)通常是由標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)實(shí)施全緩沖的。

● 行緩沖。在這種情況下，當(dāng)在輸入和輸出中遇到新行符時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)執(zhí)行I/O操作，這允許我們一次輸出一個(gè)字符（如fputc函數(shù)），但只有寫了一行之后才進(jìn)行實(shí)際I/O操作。當(dāng)流涉及一個(gè)終端時(shí)（例如標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出），典型地使用行緩沖。

● 不帶緩沖。標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)不對(duì)字符進(jìn)行緩沖。如果用標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)寫若干字符到不帶緩沖的流中，則相當(dāng)于用write系統(tǒng)調(diào)用將這些字符寫到打開的文件上。標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)況stderr通常是不帶緩存的，這就使得出錯(cuò)信息可以盡快顯示出來(lái)。

這里強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出流缺省是行緩沖而標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤不帶緩沖。

行緩沖是指當(dāng)遇到換行符’n’或一行滿時(shí)，才真正的進(jìn)行I/O操作。Linux缺省情況下一行最多容納1024個(gè)字符，當(dāng)超出這個(gè)范圍時(shí)，即使沒(méi)有遇到換行符，也引起實(shí)際的I/O操作。

對(duì)于全緩沖來(lái)說(shuō)，讀寫操作是按照缺省的緩沖區(qū)大小(4K)進(jìn)行的。具體說(shuō)就是從流讀取內(nèi)容時(shí)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(dāng)緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)處理完后再?gòu)牧骼镒x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(gè)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(gè)字節(jié)，但實(shí)際上讀取了4K的內(nèi)容存放到buf中。

寫文件的情況類似，當(dāng)緩沖區(qū)寫滿內(nèi)容時(shí)才會(huì)引起實(shí)際的I/O操作，文件被更新。

又讀又寫的情況比較特殊。因?yàn)樽x寫緩沖區(qū)只有一個(gè)，所以在讀取內(nèi)容到緩沖區(qū)之前會(huì)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(huì)引起實(shí)際寫操作，那就是fseek函數(shù)的調(diào)用。

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