输入输出缓存区及其刷新缓冲条件(超详细)

本文介绍了计算机科学中的缓冲区概念,特别是在C语言中的作用。缓冲区用于存储输入输出数据,例如在键盘输入时,数据会先存储在输入缓冲区,按Enter后才进入程序。输出数据也会先放在输出缓冲区,遇到特定条件(如' '、缓冲区满或调用fflush())时才会显示。文章通过一个C语言示例展示了输出缓冲的工作原理,并探讨了输入输出缓冲的条件。

在关于计算机的话题讨论中,我们不可避免的会提到输入、输出这两个关键的词语。我们讨论过输入输出设备(键盘,扫描仪等),以及如何处理输入和输出数据,更常见的便是执行输入输出的函数(printf、scanf等IO函数)。那么对于这些函数的内在机制就绕不开缓冲区这个话题。

那么,什么是缓冲区呢?

当我们采用标准输入流stdin时,我们通过键盘向屏幕中输入的字符未按下Enter键前是被收集并存储在一个名为输入缓冲区(buffer)的临时存储区,当按下Enter后,才会将屏幕中的内容输入到程序,之后程序便可以使用。与之相对,当采用标准输出流(stdout)输出时也需通过一个名为输出缓冲区的临时存储区,之后才会将内容显示在屏幕之上。对于文件,也是如此。

而最最重要的两个问题便诞生了,第一,输入缓冲条件是什么?

一般来说,键盘输入通常采用行缓冲(极少数采用无缓冲或完全缓冲(指当缓冲区被填满时才刷新缓冲区,常出现在文件输入中,这里不做过多介绍)),行缓冲I/O是指当出现换行符时刷新缓冲区。 

 第二,输出缓冲条件又是什么?

1、输出缓冲区被存满

2、遇到‘\n’

3、调用fflush()函数(立即将输出缓冲区内容输出至指定流)

4、程序结束

 在这里,我将对输出缓冲用C语言做一个简单的验证:

#pragma warning(disable:4996)//防止VS报警告
#include<stdio.h>
#include<Windows.h>
int main(void)
{
	static char buf[BUFSIZ];//创建一个缓存区
	setbuf(stdout, buf);//将其使用为输出缓冲区
	printf("hello world");
	Sleep(2000);
	printf("\nhello computer\n");
	return 0;
}

从结果我们可以发现,当两秒后屏幕才会打印出所有内容,因为遇到了'\n’,而这便是缓冲输出。

这是对以前C博客的简单修改,以前写的太烂了,慢慢重写,流泪。

希望能得到大家的三连支持,我也会陪伴你们一起努力学习C++,加油,长大的一名普通学生留言。

### ✅ 回答问题: 在 **全缓冲模式(_IOFBF)** 下,**输入输出切换时不会自动刷新缓冲区**,除非你**手动调用 `fflush()`**。否则,**行为是未定义的(Undefined Behavior)**,可能会导致数据丢失、读取不到刚写入的内容,甚至程序逻辑错误。 --- ### 🧠 问题分析与原理说明: C 标准 I/O 库中的流(如 `stdin`、`stdout`、`FILE*`)可以设置为三种缓冲模式之一: | 缓冲类型 | 宏定义 | 刷新条件 | |----------|--------|-----------| | 全缓冲 | `_IOFBF` | 缓冲区满时刷新 | | 行缓冲 | `_IOLBF` | 遇到换行符 `\n` 或缓冲区满时刷新 | | 无缓冲 | `_IONBF` | 不缓冲,立即写入 | --- ### 📌 C 标准规定: > **在对一个流进行输入和输出操作之间切换时,必须进行刷新操作,否则行为是未定义的。** 这意味着: - 如果你在一个流上先进行写操作,然后切换到读操作(或反之),**必须调用 `fflush()` 或使用其他方法刷新缓冲区**; - 在全缓冲模式下,系统**不会自动刷新缓冲区**,除非缓冲区已满; - 如果缓冲区未满,而你又切换了输入输出方向,**未刷新的数据将被丢弃或导致不可预测的结果**。 --- ### ✅ 示例代码: #### 示例 1:全缓冲模式下写入后切换到读取,不刷新 ```c #include <stdio.h> int main() { char buffer[1024]; FILE *fp = fopen("test.txt", "w+"); if (!fp) { perror("打开文件失败"); return 1; } setvbuf(fp, buffer, _IOFBF, sizeof(buffer)); // 设置为全缓冲 fprintf(fp, "这是一些数据"); // 数据写入缓冲区,但缓冲区未满,不会刷新 // 切换到读取之前没有刷新 rewind(fp); // 回到文件开头 char read_buf[100]; if (fgets(read_buf, sizeof(read_buf), fp) == NULL) { printf("读取失败,缓冲区刷新\n"); } fclose(fp); return 0; } ``` > ❌ 输出结果可能是“读取失败”,因为 `fprintf` 写入的内容仍在缓冲区中,未刷新到文件或内存流中。 --- #### 示例 2:写入后手动刷新缓冲区,再切换读取 ```c #include <stdio.h> int main() { char buffer[1024]; FILE *fp = fopen("test.txt", "w+"); if (!fp) { perror("打开文件失败"); return 1; } setvbuf(fp, buffer, _IOFBF, sizeof(buffer)); // 设置为全缓冲 fprintf(fp, "这是一些数据"); fflush(fp); // ✅ 手动刷新缓冲区 rewind(fp); // 回到文件开头 char read_buf[100]; if (fgets(read_buf, sizeof(read_buf), fp) != NULL) { printf("读取成功:%s\n", read_buf); // ✅ 成功读取 } fclose(fp); return 0; } ``` > ✅ 正确刷新后,可以读取到刚写入的数据。 --- ### ✅ 总结:全缓存输入输出切换是否会刷新? | 情况 | 是否刷新 | 建议 | |------|-----------|------| | 自动刷新 | ❌ 不会自动刷新 | 必须手动调用 `fflush()` | | 输入输出切换 | ❌ 不刷新会导致未定义行为 | 切换前必须刷新 | | 缓冲区未满 | ❌ 数据仍在缓冲区中 | 不刷新无法立即读取 | --- ###
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