Linux系统为进程预定义了3个流:标准输入、标准输出、标准错误。进程启动时,会自动打开。
3个流分别对应文件描述符(int):STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO;
对应文件指针(FILE *):stdin、stdout、stderr;
缓冲
标准I/O库为标准输入、标准输出流提供了缓存。标准错误默认没有缓冲。
提供缓冲的目的是尽可能减少read、write调用次数。
下图是一个调用fprintf与缓冲区关系的示例:
标准I/O和文件I/O
文件I/O:不带缓冲的I/O(unbuffered I/O)。不带缓冲是指函数实现时不带库缓冲区,从而每个读、写操作,都直接调用系统调用。
标准I/O:ANSI C建立的标准I/O模型,API包含在<stdio.h>中,不依赖内核,可移植性强。标准I/O库实现的缓存,统称简称库缓冲。
3种标准I/O缓冲
- 全缓冲
填满库缓冲后,才调用write将库缓冲内容写入内核高速缓存,由内核写入流。
冲洗(flush)说明库缓冲的写操作。通常全缓冲写满以后,才会触发write系统调用,而冲洗操作会主动触发write,将所有用户控件输入write进内核高速缓存。对应系统调用fflush()。
- 行缓冲
当输入和输出遇到换行符(CRLF for Win, LF for Unix)时,标准I/O库执行实际的I/O操作(read/write)。可以用fputc一次输出一个字符,但只有写了一行字符串或者写满库缓冲时,才会进行实际I/O操作。
对行缓冲有2个限制:
1)标准I/O库用来收集每行缓冲区长度固定,只要填满缓冲区,即使每写换行符,也进行I/O操作;
2)任何时候,只要通过标准I/O库从 一个不带缓冲的流,或者一个行缓冲的流得到数据,那么就会flush库的所有行缓冲输出流;
- 不带缓冲
指的是标准I/O库不对字符进行行缓冲存储。当然,这需要我们收到设置 禁用库缓冲,因为标准I/O输入、输出是默认行缓冲。
PS:标准错误流默认不带库缓冲。
ISO C要求下列缓冲特征:
- 当前仅当标准输入、标准输出不指向交互式设备时,它们才是全缓冲的;
- 标准错误绝不会是全缓冲的;
很多系统默认实现:
- 标准错误是不带缓冲的;
- 若是指向终端设备的流,则是行缓冲的;否则,是全缓冲的;
设置库缓冲
-
setbuf
setbuf 使能、禁用长度为BUFSIZ的用户缓冲区buf。(BUFSIZ定义在<stdio.h>头文件中)。buf为NULL,代表关闭缓冲;buf指向一个长度为BUFSIZ的缓冲区,代表该流与全缓冲关联,如果该流与一个终端设备相关,那么有些系统可以将其设置为行缓冲。 -
setvbuf
setvbuf 精确说明所需要的缓存类型,用mode参数实现:
_IOFBF 全缓冲
_IOLBF 行缓冲
_IONBF 不带缓冲 -
setbuf与setvbuf关系
- setbuf(stream, buf) 相当于 setvbuf(stream, buf, buf ? _IOFBF : _IONBF, BUFSIZ);
- setbuf 只能简单开启、关闭库缓冲,而不能指定其类型。setvbuf可以精确指定缓存类型;
- setbuf如果指定缓冲,其大小必须为固定的BUFSIZ,而setvbuf没有这个限制;
- 当setvbuf的mode指定_IOFBF(全缓冲)或者_IOLBF (行缓冲)时,如果buf为NULL,则由系统自动分配缓冲区;如果非NULL,则由用户提供缓冲区及其大小size;
setbuf, setvbuf函数原型
#include <stdio.h>
void setbuf(FILE *stream, char *buf);
int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);
冲洗流(库缓冲)
fflush 函数可以强制冲洗一个流,使得库缓冲内容传送至内核(高速缓存)。
如果stream为NULL,将导致所有输出流被冲洗。
#include <stdio.h>
int fflush(FILE *stream);