C/C++的全缓冲、行缓冲和无缓冲

1.简介

C/C++中，基于I/O流的操作最终会调用系统接口read()和write()完成I/O操作。为了使程序的运行效率最高，流对象通常会提供缓冲区，以减少调用系统I/O接口的调用次数。

缓冲方式存在三种，分别是：
 （1）全缓冲。输入或输出缓冲区被填满，会进行实际I/O操作。其他情况，如强制刷新、进程结束也会进行实际I/O操作。

对于读操作来说，当读入内容的字节数等于缓冲区大小或者文件已经到达结尾，或者强制刷新，会进行实际的I/O操作，将外存文件内容读入缓冲区；对于写操作来说，当缓冲区被填满或者强制刷新，会进行实际的I/O操作，缓冲区内容写到外存文件中。磁盘文件操作通常是全缓冲的。

（2）行缓冲。输入或输出缓冲区遇到换行符会进行实际I/O操作。其他与全缓冲相同。

（3）无缓冲。没有缓冲区，数据会立即读入内存或者输出到外存文件和设备上。标准错误输出stderr是无缓冲的，这样能够保证错误信息及时反馈给用户，供用户排除错误。

三种缓冲类型的宏定义在头文件<stdio.h>。

Linux环境下，下面一段代码可以很好地体现全缓冲和行缓冲的区别。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int glob=6; 
int main(int argc, char** argv)
{
  int var; 
  pid_t pid; 
  printf("a write to stdout\n"); 
  if(pid=fork()<0)
  { 
    printf("fork error"); 
  }
  else
  { 
    if(pid==0)
    { 
      glob++; 
      var++; 
    } 
    else
    { 
      sleep(2); 
    } 
  } 
  printf("pid=%d,glob=%d,var=%d\n",getpid(),glob,var); 
  exit(0); 
}

编译成功后默认生成a.out，运行结果如下：

./a.out
a write to stdout
pid=4823,glob=7,var=4195873
pid=4824,glob=7,var=4195873

./a.out > temp.txt
cat temp.txt
a write to stdout
pid=4864,glob=7,var=4195873
a write to stdout
pid=4865,glob=7,var=4195873

可见printf在输出到标准输出（显示器）时，是行缓冲，遇到换行符时会将缓冲区内容输出到显示器，并清空缓冲区。当使用重定向命令时，标准输出被重定向到磁盘文件，此时标准输出变成全缓冲，遇到换行符不输出，而是被拷贝至子进程中，在父子进程结束后，各有一份输出。

2.缓冲区的设置

（1）缓冲打开或关闭，可使用函数setbuf()或者setbuffer()。参数buf指向缓冲区，表示开启缓冲，通常是全缓冲。将buf参数设置为NULL，表示关闭缓冲。注意，setbuffer()是非C标准库函数，常见于Linux。

setbuf()的缓冲区长度至少为BUFSIZ(定义在stdio.h)，否则可能会出现缓冲区溢出。setbuffer可以指定缓冲区大小。

//@header:stdio.h
//@brief:设置指定的缓冲区或关闭缓冲
//@param:stream:文件指针；buffer：缓冲区地址
//@notice:使用默认缓冲大小BUFSIZ（在stdio.h中定义）
void setbuf ( FILE * stream, char * buffer );

//@notice:同setbuf，但可指定缓冲区大小
void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size_t size);

将buffer指定为NULL，关闭标准输出缓冲。

setbuf(stdout,NULL)

指定新的缓冲区。

static char newBuffer[BUFSIZ];//至少是BUFSIZ（定义在stdio.h），否则存在缓冲溢出可能
setbuf(stdout,(char*)&newBuffer);

//或者指定缓冲区大小
static char newBuffer[512];
setbuffer(stdout,(char*)&newBuffer,512);

 （2）更改缓冲模式，可使用函数setvbuf()。

//@header:stdio.h
//@brief:更改缓冲模式并设置缓冲区
//@param:stream:文件指针；buf缓冲区地址；type：缓冲区模式；size：缓冲区大小
//@ret:0成功，非0失败
int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int type, unsigned size);

例如，将流缓冲区设置为行缓冲，调用setvbuf()时，缓冲区地址设为NULL，缓冲区大小设为0。注意，前提是存在缓冲区。

setvbuf(stream,NULL,_IOLBF,0); //将缓冲改为行缓冲

//上面的代码等价于
setlinebuf(stream);       //for Linux

如果调用setvbuf指定了缓冲区大小size大于0，缓冲区buf为NULL，则交由setvbuf进行malloc申请缓冲区。

//间接申请1024字节全缓冲区
setvbuf(stream,NULL,_IOFBF,1024);