C语言中输入输出流与缓冲区的深入讲解

前言

缓冲区 又称为缓存，它是内存空间的一部分。也就是说，在内存空间中预留了一定的存储空间，这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区。

缓冲区根据其对应的是输入设备还是输出设备，分为输入缓冲区和输出缓冲区。

原理介绍:

• 当调用输入函数scanf()时,输入函数会将我们输入的数字输入到输入缓冲区,
• 而当我们的输入缓冲区有内容时,再次输入将不会被执行,
• 而是直接跳过执行,将输入缓冲区的内容赋给变量;

1、为什么要引入缓冲区

例如，我们从磁盘里取信息，我们先把读出的数据放在缓冲区，计算机再直接从缓冲区中取数据，等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取，这样就可以减少磁盘的读写次数，再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作，故应用缓冲区可大大提高计算机的运行速度。

又比如，我们使用打印机打印文档，由于打印机的打印速度相对较慢，我们先把文档输出到打印机相应的缓冲区，打印机再自行逐步打印，这时我们的CPU可以处理别的事情。

现在您基本明白了吧，缓冲区就是一块内存区， 它用在输入输出设备和CPU之间，用来缓存数据 。它 使得低速的输入输出设备和高速的CPU能够协调工作 ，避免低速的输入输出设备占用CPU，解放出CPU，使其能够高效率工作。

2、缓冲区的类型

缓冲区分为三种类型：全缓冲、行缓冲和不带缓冲。

1) 全缓冲

在这种情况下，当 填满 标准I/O缓存后才进行实际I/O操作。全缓冲的典型代表是 对磁盘文件的读写 。

2) 行缓冲

在这种情况下，当在输入和输出中遇到 换行符 时，执行真正的I/O操作。这时，我们输入的字符先存放在缓冲区，等 按下回车键换行 时才进行实际的I/O操作。典型代表是 标准输入(stdin) 和 标准输出(stdout) 。

3) 不带缓冲

也就是不进行缓冲，标准出错情况stderr是典型代表，这使得出错信息可以直接尽快地显示出来。

3、缓冲区的大小

如果我们没有自己设置缓冲区的话，系统会默认为标准输入输出设置一个缓冲区，这个缓冲区的大小通常是 512个字节 的大小。

缓冲区大小由 stdio.h 头文件中的宏 BUFSIZ 定义，如果希望查看它的大小，包含头文件，直接输出它的值即可：printf("%d", BUFSIZ);

缓冲区的大小是可以改变的，也可以将文件关联到自定义的缓冲区，详情可以查看 setvbuf()和 setbuf() 函数。

4、缓冲区的刷新（清空）

下列情况会引发缓冲区的刷新： 缓冲区满时 ； 行缓冲区遇到回车时 ； 关闭文件 ； 使用特定函数刷新缓冲区 。

5、结合缓冲区谈谈C语言getchar()、getche()、getch()的区别

先来看一下 getchar() ，其原型为： int getchar(void);

当程序调用getchar()函数时，程序就等着用户按键， 用户输入的字符被存放在键盘缓冲区中，直到用户按回车为止（回车字符也放在缓冲区中） 。当用户键入回车之后，getchar()函数 才开始从键盘缓冲区中每次读入一个字符 。也就是说， 后续的getchar()函数调用不会等待用户按键，而直接读取缓冲区中的字符，直到缓冲区中的字符读完后，才重新等待用户按键 。打个比方，键盘缓冲区就像是一条水管连着你的程序，程序调用getchar()函数用户输入字符就相当于往水管里注水，这个水注多少取决于你输入多少，当你按回车停止注水时，getchar()函数才会开始从键盘缓冲区，也就是我们的水管里取水，那每次只会读一个字符也就是每次取一定量的水，当你在这之后继续调用getchar()函数时，会接着在水管里取上次没用完的水，因为你的水管没清空（缓冲区的刷新），那这个阶段就不用你再输入了，因为一调用getchar()函数就有水可取嘛，直到水管里没水了，你还调用getchar()函数，那这个时候你就得注水了也就是程序会等你按键。

通俗一点说，当程序调用getchar()函数时，程序就等着用户按键，并等用户按下回车键返回。期间按下的字符存放在缓冲区，第一个字符作为函数返回值。继续调用getchar()函数，将不再等用户按键，而是返回您刚才输入的第2个字符；继续调用，返回第3个字符，直到缓冲区中的字符读完后，才等待用户按键。

getchar()函数的执行就是采用了行缓冲。第一次调用getchar()函数，会让程序使用者（用户）输入一行字符并直至按下回车键 函数才返回。此时用户输入的字符和回车符都存放在行缓冲区。再次调用getchar()函数，会逐步输出行缓冲区的内容。

请看下面一个例子：

运行结果如下：

再把程序做微小改变，你再看看，加深理解：

运行结果：

上面第二次打印时不是2而是空格，你应该想到为什么了吧？

好，我们再来看一个例子：

运行结果：

getchar()函数是从 输入流缓冲区 中读取数据的，而不是从 键盘(终端)缓冲区 读取。当读取遇到回车(\n)结束时，这个'\n'会一起读入到输入流缓冲区的， 所以第一次接收输入时取走字符后会留下字符\n，这样第二次getchar()直接从缓冲区中把\n取走了 ，显然读取成功了，所以不会再从终端读取！其实这里的 10恰好是回车符 ！这就是为什么这个程序只执行了一次输入操作就结束的原因！

getch()和getche()函数

在TC2.0时代，C程序员总是喜欢在程序末尾加上getch() ，来实现程序运行完了暂停不退出的效果。如果不这样做，在TC2.0的环境中Ctrl+F9编译并运行后会立即退出程序，根本来不及看到结果。这时如果要看结果，就要按Alt+F5回到DOS环境中去，很麻烦。而如果在程序的结尾加上一行getch();语句，就可以省掉回DOS看结果这个步骤，因为程序运行完了并不退出，而是在程序最后把屏幕停住了，按任意键才退出程序。

实际上， getch() 的作用是从键盘 接收一个字符，且不带回显 。就是说， 你按了一个键后它并不在屏幕上显示你按的什么，而继续运行后面的代码 ，所以在C语言中可以用它来实现“按任意键继续”的效果，即程序中遇到getch();语句，就会停下来，等你按任意键，它接收了这个字符键后再继续执行后面的代码。这跟上面在Windows下用的system（“PAUSE")功能一样，但却不会在屏幕上显示（即不会有”按任意键继续“的提示），这样，利用getch()无回显的特性，不管你按什么键，都不会在屏幕上留下痕迹，使你的界面达到美观效果。。

getche() 和getch()很相似，它也需要引入头文件conio.h，它们之间的区别就在于：getch()无回显，getche()有回显。

下面看一个例子：

首先这是个连续5次的循环来实现5次停顿，等待你输入。编译并运行这个程序，假设输入的是abcde，那么屏幕上显示的结果也是abcde，这个abcde并不是在ch=getch();中输出的。把printf("%c",ch);这行语句去掉，就会发现按5次任意键程序就结束了，但屏幕上什么都没有显示。

你可以把代码中的getch()换成getche()看看有什么不同。如果还是输入abcde，那么屏幕上显示的结果是aabbccddee，我们把printf("%c",ch);这行语句再去掉，显示的结果就是abcde了，说明程序在执行ch=getche();这条语句的时候就把我们输入的键返回显示在屏幕上， 有无回显就是它们的唯一区别 。

总结