标准I/O库提供缓冲的目的是尽可能地减少使用read和write调用的次数。它也对每个I/O流自动地进行缓冲管理,从而避免了应用程序需要考虑这一点所带来的麻烦。
缓冲区可由标准I/O例程自动冲洗,或者可以调用函数fflush(File *fp)冲洗一个流。如若fp是NULL,此函数将导致所有输出流被冲洗。
值得引起注意的是在UNIX环境 中,flush有两种意思:在标准I/O库方面,flush意味着将缓冲区中的内容写到磁盘上;在终端驱动程序方面flush表示丢弃已存储在缓冲区中的数据。
首先介绍一下UNIX里面关于标准IO的几种缓冲机制:
1、全缓冲 。全缓冲指的是系统在填满标准IO缓冲区之后才进行实际的IO操作;注意,对于驻留在磁盘上的文件来说通常是由标准IO库实施全缓冲。
标准IO库对流的缓冲不是在一开始就分配的,只有对流进行了输入或者输出才会实际的分配。一个流上执行第一次I/O操作时,相关标准I/O函数通常调用malloc获得需使用的缓冲区。
2、行缓冲 。在这种情况下,标准IO在输入和输出中遇到换行符时执行IO操作;注意,当流涉及终端的时候,通常使用的是行缓冲。
对于行缓冲有两个限制:第一,因为标准io库用来收集每一行的缓冲区的长度是固定的,所以只要填满了缓冲去,那么即使还没有写一个换行符,也进行IO操作。第二,任何时候只要通过标准的IO库要求从从(a)一个不带缓冲的流,或者(b)一个行缓冲的流(它从内核请求需要数据)得到输入数据,那么就会造成冲洗所有行缓冲输出流。其理由是,对于(b)所需的数据可能已经在缓冲区中,它并不要求一定从内核中读数据,对于(a),其需要从内核中获得数据。
3、无缓冲 。无缓冲指的是标准IO库不对字符进行缓冲存储;注意,标准出错流stderr通常是无缓冲的。
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使,他们才是全缓冲的。
标准出错绝不会使全缓冲的。
但是,这并没有告诉我们如果标准输入和标准输出涉及交互式设备时,他们是不带缓冲的还是行缓冲的;以及标准出错时不带缓冲的还是行缓冲的。
很多系统默认使用下列类型的缓冲:
标准出错是不带缓缓冲的。
如若是涉及终端设备的其他流,则他们是行缓冲的;否则是全缓冲的。
#include <stdio.h>
void setbuf(FILE* restrict fp, char* restrict buf);
int setvbuf(FILE* restrict fp, char* restrict buf, int mode, size_t size); //如果成功返回0,出错则返回非0.
可以使用setbuf函数打开或关闭缓冲机制,为了带缓冲进行IO,参数buf必须制定一个长度为BUFSIZ的缓冲区(这就是为什么没有在setbuf函数的参数中指定buf的长度),通常在此之后该流就是全缓冲的,但是如果该流与一个终端相关,那么某些系统也可以将其设置为行缓冲。为了关闭缓冲,将buf设置为NULL。
使用setvbuf,可以精确地指定所需的缓冲类型。mode的取值及其代表的含义如下:
_IOFBF 全部缓冲
_IOLBF 行缓冲
_IONBF 不缓冲
注意:
如果指定一个不带缓冲的流,则忽略buf和size参数。
如果指定全缓冲和行缓冲,则buf和size可选择地指定一个缓冲区及其长度。
如果该流是带缓冲的,而buff是NULL,则标准IO库将自动地为该流分配适当长度的缓冲区(长度为BUFSIZ指定的值)
某日一朋友写了一个HELLO WORLD代码,出不来结果,代码如下:
#include <stdio.h>
int
main(int argc, char **argv){
printf("hello world!");
_Exit(0);
}
注意到,在代码中printf语句打印的字符串最后没有带换行符,而且最后调用了_Exit函数,这导致了在终端屏幕上显示不出来字符串"hello world!"。
其次介绍一下几个退出函数:
1、exit ()。调用exit函数之后,它首先会执行一系列的清理处理,包括调用执行各终止处理程序,关闭所有标准IO流等,然后进入内核。
2、_exit ()。与exit不同的是,它不进行清理工作而直接进入内核。此函数由POSIX.1说明,放在unistd.h里面。
3、_Exit ()。同样,它也不进行清理工作而直接进入内核。此函数跟exit一样由ISO C说明,放在stdlib.h里面。
现在回过头来看上面的那段代码,很容易发现,由于printf函数是行缓冲的(因为它要往终端输出数据),而且要打印的字符串不带换行符,因此在它没有遇到换行符或者没有填满缓冲区之前不会进行实际的IO操作,而紧接下来的_Exit函数又立即进入内核没有处理IO缓冲区,所以我们在终端上看不到hello world语句。
我们可以有很多方法修正这段代码。最简单的莫过于增加一个换行符:
#include <stdio.h>
int
main(int argc, char **argv){
printf("hello world!/n");
_Exit(0);
}
此时行缓冲遇到换行符/n,执行实际IO操作。
其次,我们可以调用exit函数,让它帮我们进行相应的IO处理:
#include <stdio.h>
int
main(int argc, char **argv){
printf("hello world!");
exit(0);
}
exit函数在进入内核之前,对存储在缓冲区内的数据进行冲洗,然后关闭IO流。
或者,我们可以改变标准输出流的默认缓冲模式:
#include <stdio.h>
int
main(int argc, char **argv){
setvbuf(stdout, NULL, _IONBF, 0);
printf("hello world!");
_Exit(0);
}
此时,由于调用了setvbuf函数,把标准输出流默认的行缓冲变成了无缓冲(具体请查阅setvbuf函数实现机制),因此调用printf时立即输出。
当然,我们还可以调用fclose函数来达到此目的:
#include <stdio.h>
int
main(int argc, char **argv){
printf("hello world!");
fclose(stdout);
_Exit(0);
}
实际上, fclose函数隐含包含了一次fflush操作,把缓冲区内的数据冲洗到终端。
当然,我们还可以直接调用fflush函数来达到此目的:
#include <stdio.h>
int
main(int argc, char **argv){
printf("hello world!");
fclose(stdout);
_Exit(0);
}
fflush不指定fp时,会冲洗所有输出流。
看个小例子
源程序:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int globa = 4;
int main (void )
{
pid_t pid;
int vari = 5;
printf ("before fork\n" );
if ((pid = fork()) < 0){
printf ("fork error\n");
exit (0);
}else if (pid == 0){
globa++ ;
vari--;
printf("Child changed\n");
//printf("globa = %d vari = %d\n",globa,vari); ,没有这一句?
}else
printf("Parent did not changde\n");
printf("globa = %d vari = %d\n",globa,vari);
exit(0);
}
执行结果:
输出到标准输出
[root@happy bin]# ./simplefork
before fork
Child changed
globa = 5 vari = 4
Parent did not changde
globa = 4 vari = 5
重定向到文件时before fork输出两边
[root@happy bin]# ./simplefork>temp
[root@happy bin]# cat temp
before fork
Child changed
globa = 5 vari = 4
before fork
Parent did not changde
globa = 4 vari = 5
分析直接运行程序时标准输出是行缓冲的,很快被新的一行冲掉。而重定向后,标准输出是全缓冲的。当调用fork时before fork这行仍保存在缓冲中,并随着数据段复制到子进程缓冲中。这样,这一行就分别进入父子进程的输出缓冲中,余下的输出就接在了这一行的后面。