标准I／O库－－缓冲

标准I／O库提供的缓冲的目的是使用最少的read和write调用。（回想第3章我们展示了使用各种缓冲的尺寸执行I／O所需要的CPU时间。）此外，它尝试为每个I／O流进行缓冲，消除程序担心它的需要。不幸的是，标准I／O库产生最多混淆的就是缓冲。

有三种缓冲类型被提供：

1、完全缓冲（Fully buffered）在这种情况下，当标准I／O的缓冲被填满后，真实的I／O才会发生。在磁盘上的文件通常都被标准I／O库完全缓冲。这个被使用的缓冲通常被标准I／O库在第一次操作一个流时通过调用malloc得到（7.8节）。

术语“冲洗（flush）”描述了标准I／O缓冲的写操作。一个缓冲可以被标准I／O函数自动冲洗，比如在缓冲满时，或者我们可以调用函数fflush来 冲洗一个流。不幸的是，在UNIX环境里，冲洗有两个意思。在标准I／O库里，它表示缓冲的内容写出，它可能是部分填充的。在终端设备的术语里，比如18 章的tcflush函数，它表示丢弃缓冲里存储的数据。

2、行缓冲（Line buffered）。在这种情况下，标准I／O库在输入输出时碰到一个换行符时会执行I／O操作。这让我们可以一次输出单个字符（使用标准I／O的 fputc函数），因为我们知道只当我们完成了每行的写操作时真实I／O才会发生。行缓冲被典型用在终端的流上：比如标准输入、标准输出。

行缓冲伴随两个警告。第一，标准I／O库用来收集各行的缓冲区大小是固定的，所以当我们在写一个换行符之前填满这个缓冲I／O可能会发生。第二、不管何时 通过标准I／O库从a、一个未缓冲流或b、（需要从内核被请求数据的）一个行缓冲流请求一个输入时，所有行缓冲输出流都会被冲洗。b情况括号内的补充条件 的原因是，请求的数据可能已经在缓冲里了，这时不再需要从内核中读取数据。显然，a情况下任何从未缓冲流的输入，都会要求从内核获取数据。

3、无缓冲（Unbuffered）。标准I／O库不缓冲字符。例如，如果我们用标准I／O函数fputs写15个字符，我们会期望这15个字符尽快地输出，它很可能使用了3.8节的write函数。

例如，标准错误流通常是无缓冲的。这是为了使任何错误消息都能尽快地显示，而不管它们是否包含一个换行符。

ISO C定义了以下缓冲性质：

1、当且仅当它们没有指向交互式的设备，标准输入和标准输出为完全缓冲的。

2、标准错误绝不是完全缓冲的。

然而，这里没有告诉我们如果标准输入和标准输出表示交互式的设备时，它们是无缓冲的还是行缓冲的；又或者标准错误是无缓冲的还是行缓冲的。多数实现默认使用以下的缓冲类型：

1、标准错误总是无缓冲的。

2、所有其它流，如果它们指向一个终端设备，都是行缓冲的；否则，它们是完全缓冲的。

本文讨论的四个平台遵守了这些协定：标准错误是无缓冲的，为终端设备打开的流是行缓冲的，而所有其它流是完全缓冲的。

我们会在5.12节更详细地介绍标准I／O的缓冲。

如果我们不喜欢任何给定流的这些默认行为，我们可以通过调用下面两个函数的其中一个来改变缓冲：

#include <stdio.h>

void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf);

void setvbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);

成功返回0，失败返回非0值。

这些函数必须在流打开后（显然，因为它们第一个参数都是一个合法文件指针），但在这个流上执行任何操作之前调用。

通过setbuf，我们可以打开或关闭缓冲。要开启缓冲，buf必须是指向长度为BUFSIZ的缓冲的指针，这个常量定义 在里。通常，这个流是完全缓冲的，但是如果这个流与一个终端设备关联的话，一些系统可能会设置成行缓冲。要禁用缓冲，我们 把buf设置为NULL。

通过setvbuf，我们精确地指定我们想要的缓冲类型。这通过mode参数来完成：

_IOFBF：完全缓冲的；

_IOLBF：行缓冲的；

_IONBF：无缓冲的。

如果我们指定一个无缓冲的流，buf和size参数会被忽略。如果我们指定完全缓冲或行缓冲，buf和size可以选择性地指定一个缓冲和它的尺寸。如果 流是缓冲的而buf是NULL，标准I／O库会自动使用恰当的尺寸为这个流开辟它自己的缓冲。恰当的尺寸表示由BUFSIZ常量指定的值。

一些C库的实现使用stat结构体的st_blksize成员的值（参考4.2节）来决定优化的标准I／O缓冲大小。我们将在本章的后面部分看到，GNU C库使用了这种方法。

下表总结了这两个函数的行为以及它们的各种选项：

setbuf和setvbuf函数汇总
函数	mode	buf	缓冲和长度	缓冲类型
setbuf		非null	长度为BUFSIZ的用户buf	完全缓冲或行缓冲
		NULL	（没有缓冲）	无缓冲的
setvbuf	_IOFBF	非null	长度为size的用户buf	完全缓冲
		NULL	合适长度的系统缓冲
	_IOLBF	非null	长度为size的用户buf	行缓冲
		NULL	合适长度的系统缓冲
	_IONBF	（忽略）	（没有缓冲）	无缓冲的

注意如果我们在一个函数里用一个自动变量（automatic variable）开辟一个标准I／O的缓冲作，我们必须在从函数返回前关闭这个流。（我们将在7.8节更多讨论。）还有，一些实现为内部记账 （internal bookkeeping）而使用这个缓冲的一部分，所以可以存储在这个缓冲的数据的真实字节数要比它的尺寸小。一般来说，我们应该让系统选择缓冲尺寸并自 动地开避这个缓冲。当我们这样做时，在我们关闭这个流时，标准I／O库自动地释放这个缓冲。

任何时候，我们可以强制一个流的冲洗。

#include <stdio.h>

int fflush(FILE *fp);

成功返回0，失败返回EOF。

这个函数导致流中任何未写的数据都被传递级内核。作为一个特殊情况，如果fp为NULL，函数会冲洗所有的输出流。