关于标准IO缓冲区的问题

关于标准IO缓冲区的问题

按照标准IO缓冲区可以分为三类:

不缓存类型:

• 一旦有数据，直接将数据写入到文件

行缓冲类型:

• 同全缓冲类型
• 遇到\n时，将数据写入文件

全缓冲类型:

• 当程序结束，将数据冲洗到文件
• 当遇见fflush(),将数据冲洗到文件
• 当文件关闭时，将数据冲洗到文件
• 当遇到读取操作，将数据冲洗到文件
• 当改变缓冲区的类型时，将数据冲洗到文件
• 当缓冲区满了，将数据冲洗到文件

对于标准输出而言，默认是行缓冲
对于标准出错而言，默认是不缓存
对于普通文件而言，默认是全缓冲

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // w+ 以读写的方式打开文件，若文件存在则清空文件数据，若文件不存在，则创建文件
    FILE *fp = fopen("_a.txt", "w+");

    // 将数据写入文件
    fputs("123", fp);
    
    //暂停程序不让，不让程序正常结束，观察a.txt文件内容
    pause();
    return 0;
}

我们能看到文件被创建，但是文件内没有内容。
我们来分析一下，我们此时是以普通文件操作，此时是默认的全缓冲，且调用了pause()函数，程序没有正常的结束，所以能猜想到此刻的内容是在缓冲区里，没有被冲洗至文件中。如果我们把pause()进行注释，在执行该程序，我们能看到我们要写入的数据出现在_a.txt文件中。这也是全缓冲类型的第一次情况，当程序结束，将数据读取到文件。

接下来我们来看一下这段代码:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp = fopen("_a.txt", "w+");

    fputs("123", fp);
    fflush(fp);

    pause();
    return 0;
}

印证第二种情况我们直接用冲洗函数fflush(),能看到数据成功读取到文件中。

第三种情况,在fput函数和pause函数中间，调用fclose()，关闭文件。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp = fopen("_a.txt", "w+");

    fputs("123", fp);
    fclose(fp);

    pause();
    return 0;
}

第四种情况，当遇到读取操作，将数据冲洗到文件。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp = fopen("_a.txt", "w+");

    fputs("123", fp);
    fgetc(fp);

    pause();
    return 0;
}

接下来我们看一下通过setvbuf()改变缓冲区的类型，进而对缓冲区的冲洗操作。

简单的介绍一下:setvbuf函数

这图片是我在man手册截图下来的。

int setvbuf(FILE *stream, char *buffer, int mode, size_t size)

stream -- 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了一个打开的流。
buffer -- 这是分配给用户的缓冲。如果设置为 NULL，该函数会自动分配一个指定大小的缓冲。
mode -- 这指定了文件缓冲的模式。

_IOFBF	全缓冲
_IOLBF	行缓冲
_IONBF	无缓冲

size --这是缓冲的大小，以字节为单位。

返回值：如果成功，则该函数返回 0，否则返回非零值。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp = fopen("_a.txt", "w+");
 // setvbuf(fp, NULL, _IONBF, 0);
    fputs("123", fp);

    setvbuf(fp, NULL, _IONBF, 0);

    pause();
    return 0;
}

我们这里的语句是setvbuf(fp, NULL, _IONBF, 0),把普通文件默认的全缓冲，转换成无缓冲，数据在文件中有所显示，所以符合我们的第五条理论。这是为了突出我们的第五条理论，因此将该语句放置在fput语句的后面，当然如果我们在setvbuf(fp, NULL, _IONBF, 0)后面写上相同的fputs语句或者将setvbuf(fp, NULL, _IONBF, 0)，放置至fopen语句后面也是会相同的效果。不过第二种情况的理解不同，此刻能成功读取数据不是因为缓冲区类型的转换，而是因为它此刻已经被定义为无缓冲，所以数据直接读取至文件中。

我们这里不妨试一试自己定义一个100字节的buf缓冲区，且在读取数据之前就将缓冲区类型转换至行缓存，观察是否能通过\n来将数据读取至文件当中去。(冲洗行缓冲)。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp = fopen("_a.txt", "w+");
    char buf[1024];
    
    setvbuf(fp, buf, _IOLBF, 1024);

    //这里是行缓冲，如果要将数据冲洗至普通文件，注意要加\n
    fputs("123\n", fp);
    
    pause();
    return 0;
}

总之，滞留在缓冲区中的数据有时被称为脏数据（dirty data），脏数据的存在代表程序操作的结果与文件真实状态不一致，若未正常冲洗这些脏数据就退出程序则有可能会造成数据丢失，我们在使用IO对数据操作时要注意对缓冲区的问题