io学习：2.细说缓存区

缓存区对比分析

1.测试缓存区大小

全缓存：4K，测试程序输出为4096，1K = 1024；

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

int main(int argc, const char *argv[])
{
    FILE *fp = NULL;

    if( (fp = fopen("test", "w")) == NULL)
    {
        perror("fopen error");
        exit(1);
    }

    fputc('a', fp);

    printf("全缓存大小: %d\n", fp->_IO_buf_end - fp->_IO_buf_base);

    return 0;
}

行缓存：stdin和stdout均为1K，测试程序输出为1024，1K = 1024；stderr为0；

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

int main(int argc, const char *argv[])
{
    FILE *fp = NULL;

    if( (fp = fopen("test", "w")) == NULL)
    {
        perror("fopen error");
        exit(1);
    }

    fputc('a', fp);

    printf("标准输入大小: %d\n", stdin->_IO_buf_end - stdin->_IO_buf_base);
    printf("标准输出大小: %d\n", stdout->_IO_buf_end - stdout->_IO_buf_base);
    printf("标准出错大小: %d\n", stderr->_IO_buf_end - stderr->_IO_buf_base);

    return 0;
}

2.测试缓存区刷新条件

缓存区写满

先来看一个没写满的例子：

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    printf("a");

    while(1)
        ;

    return 0;
}

上面这个程序编译运行后，将不会输出 a 这个字符，因为标准输出的大小为1024个字符，明显没有写满，所以不会有字符输出；

好，然后我们来把它写满，看看它会不会输出

咱们利用printf函数往标准输出缓存区里写入1025个字符，看看现象。按写满缓存区的刷新条件来看，终端会输出1024个字符后，然后缓存区里还是1个 a 字符，所以还会在while处进行死循环；

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    for(int i = 0; i < 1025; i++)
    {
        printf("a");
    }

    while(1)
        ;

    return 0;
}

编译执行如下图：

看又死循环在那了吧。。。

程序正常退出

行缓存正常退出

要注意哦，这里指的是“正常退出”，非正常退出不会刷新缓存区哦。
下面咱们来写一个验证程序：

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    printf("a");

    return 0;
}

好简单啊，按程序执行顺序来看，printf 将 a 写入了标准输出的缓存区，但是没有写满，不会输出；然后程序往下执行，遇到return0；程序正常退出，此时终端输出了 a；

行缓存非正常退出

那我们修改一下，让它非正常退出，猜一猜 a 还会不会被输出？

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    //这个pid的这一行会输出，因为遇到了'\n';
    printf("pid = %d\n", getpid());
    printf("a");

    while(1)
        ;

    return 0;
}

看着眼熟吧，这个程序编译运行后是退出不了的，会一直死循环在while处。然后我们用 kill -9 来杀死这个进程，看看它丫是不是会输出 a !!!
编译运行如下图：

然后我们用 kill -9 2773 这个命令来让程序非正常退出，看看 a 会不会输出；

我们看到了，进程被杀死了，但是a 最后还是没有输出，所以非正常的退出，缓存区不会刷新；

全缓存正常退出

我们再来写一个全缓存的验证程序：

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

#define N 32

int main(int argc, const char *argv[])
{
    FILE *fp_r = NULL, *fp_w = NULL;

    if(argc < 3)
    {
        printf("usage: ./a.out [file source] [file destination]");
        exit(1);
    }

    if( (fp_r = fopen(argv[1], "r")) == NULL)
    {
        perror("fopen error r");
        exit(1);
    }

    if( (fp_w = fopen(argv[2], "a")) == NULL)
    {
        perror("fopen error w");
        exit(1);
    }

    while(fgets(buf, N, fp_r) != NULL)
    {
        fputs(buf, fp_w);
    }

    return 0;
}

编译执行后，查看文件中是否有数据写入：

这个程序是正常退出，所以数据会写入到目标文件中去。

全缓存非正常退出

在来看一个非正常退出的例子：

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

#define N 32

int main(int argc, const char *argv[])
{
    FILE *fp_r = NULL, *fp_w = NULL;

    if(argc < 3)
    {
        printf("usage: ./a.out [file source] [file destination]");
        exit(1);
    }

    if( (fp_r = fopen(argv[1], "r")) == NULL)
    {
        perror("fopen error r");
        exit(1);
    }

    if( (fp_w = fopen(argv[2], "a")) == NULL)
    {
        perror("fopen error w");
        exit(1);
    }

    while(fgets(buf, N, fp_r) != NULL)
    {
        fputs(buf, fp_w);
    }

    while(1)
        ;

    return 0;
}

我们先看看被读取文件的大小：

我们看到被读取的文件大小为563字节，小于4K，全缓存也没有被写满；同时没有强制刷新，程序没有正常退出仍在运行，所以目的文件中不会被写入数据，而是会在while处死循环。好我们来验证一下：

接下来我们看看file_destination文件中是否有数据被写入？？？

最后，我们在用kill -9 3533 杀死这个进程，看看非正常退出时，全缓存会不会写入目标文件？？？

果不其然，没有写入到文件中。所以非正常退出，不会刷新缓存区。

fflush强制刷新缓存区

下面咱们来验证一下：
刷新行缓存：

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    printf("hello world");

    fflush(stdout);

    while(1)
        ;

    return 0;
}

程序编译运行如下图：

基于我们之前的程序经验，如果没有fflush(stdout)的话，终端将不会打印出 hello world 语句，所以fflush刷新了行缓存。然后while仍在处于死循环；

刷新全缓存：

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

#define N 32

int main(int argc, const char *argv[])
{
    FILE *fp = NULL;
    char buf[N];

    if( (fp = fopen("test", "a+")) == NULL)
    {
        perror("fopen error");
        exit(1);
    }

    while(fgets(buf, N, stdin) != NULL)
    {
        if(strncmp(buf, "quit", 4) == 0)
        {
            exit(1);
        }
        else if(strncmp(buf, "fflush", 6) == 0)
        {
            fflush(fp);
            bzero(buf, N);
        }

        fputs(buf, fp);
    }

    return 0;
}

编译运行如下图：

如图所示，test 文件中并没有数据被写进去。全缓存刷新条件：1.被写满；2.正常退出；3.fflush。显然这3个条件都不符合，所以此时hello world这几个字符仍然在全缓存中。
根据代码所示，如果输入fflush的话，将会刷新全缓存并将缓存中的hello world写入到fp所指的test文件中去。并将fflush在缓存中清除。下面咱们来验证一下：

行缓存特有的刷新条件’\n’

#include <stdio.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    printf("hello world\n");

    while(1)
        ;

    return 0;
}

编译运行如下图：

看，虽然while在死循环，但是行缓存遇见了’\n’，直接输出了。对吧。。

有无缓存区对程序执行效率的影响