APUE之全缓冲、行缓冲、无缓冲

基于流的操作最终会调用read或者write函数进行I/O操作。为了使程序的运行效率最高，流对象通常会提供缓冲区，以减少调用系统I/O库函数的次数。
一共有三种缓冲类型：

全缓冲：直到缓冲区被填满，才调用系统I/O函数。对于读操作来说，直到读入的内容的字节数等于缓冲区大小或者文件已经到达结尾，才进行实际的I/O操作， 将外存文件内容读入缓冲区；对于写操作来说，直到缓冲区被填满，才进行实际的I/O操作，缓冲区内容写到外存文件中。磁盘文件通常是全缓冲的。

行缓冲：直到遇到换行符’\n’，才调用系统I/O库函数。
对于读操作来说，遇到换行符’\n’才进行I/O操作，将所读内容读入缓冲区；
对于写操作来说， 遇到换行符’\n’才进行I/O操作，将缓冲区内容写到外存中。
由于缓冲区的大小是有限的，所以当缓冲区被填满时，即使没有遇到换行符’\n’，也同样会 进行实际的I/O操作。
当流涉及到一个终端时，通常使用行缓冲。

无缓冲：没有缓冲区，数据会立即读入或者输出到外存文件和设备上。标准出错stderr是无缓冲的，这样保证错误提示和输出能够及时反馈给用户，供用户排除错误。

通过一段代码分别判断 标准输入 标准输出 标准错误的缓冲情况：

//buffer.c
#include <stdio.h>
int main(void)
{ 

    printf("stdin is ");
    if(stdin->_flags & _IO_UNBUFFERED) 
    printf("unbuffered\n");
    else if(stdin->_flags & _IO_LINE_BUF)
    printf("line-buffered\n");
    else
    printf("fully-buffered\n");
    printf("buffer size is %d\n", stdin->_IO_buf_end - 
        stdin->_IO_buf_base); 
    printf("discriptor is %d\n\n", fileno(stdin)); 

    printf("stdout is ");
    if(stdout->_flags & _IO_UNBUFFERED) 
    printf("unbuffered\n");
    else if(stdout->_flags & _IO_LINE_BUF)
    printf("line-buffered\n");
    else
    printf("fully-buffered\n");
    printf("buffer size is %d\n", stdout->_IO_buf_end - 
        stdout->_IO_buf_base); 
    printf("discriptor is %d\n\n", fileno(stdout)); 

    printf("stderr is ");
    if(stderr->_flags & _IO_UNBUFFERED) 
    printf("unbuffered\n");
    else if(stderr->_flags & _IO_LINE_BUF)
    printf("line-buffered\n");
    else
    printf("fully-buffered\n");
    printf("buffer size is %d\n", stderr->_IO_buf_end - 
        stderr->_IO_buf_base); 
    printf("discriptor is %d\n\n", fileno(stderr));
    return 0;
}

结果是全缓冲、行缓冲和无缓冲。

为什么stdin是全缓冲呢？

在APUE里面提到

一般情况下认为：

标准错误是不带缓冲的
若指向终端设备的流则是行缓冲，否则是全缓冲的

因此，当我们在代码中加入

int a;
scanf("%d",&a);

输出就变成了：行缓冲、行缓冲、无缓冲。

另外在APUE里面还提到：

当且仅当标准输入和标准输出并不指向交互式设备的时候，他们是全缓冲
标准错误绝对不是全缓冲

因此，可以尝试对流进行一下重定向，看看输出是什么：

./buffer <in.txt 1>out.txt 2>error.txt

标准输出被重定向到out.txt文件中，打开该文件，结果为：
全缓冲、全缓冲、无缓冲

还可以用一个例子来说明：

//buffer2.c
#include <stdio.h> 
#include <string.h> 
#include <unistd.h> 

char buf[] = "zhangxiao\n";  

int main()  
{  
    pid_t pid;  


    if(write(STDOUT_FILENO, buf, strlen(buf)) != strlen(buf))  
    {  
    fprintf(stderr, "write error");  
    return 0;  
    }  
    printf("before fork()...\n");  

    if((pid = fork()) == -1)  
    {  
    fprintf(stderr, "fork error");  
    return 0;  
    }  
    if(pid == 0)  //child
    {  
    ;
    }  
    else  // parent
    {  
    sleep(2);  
    }  
    return 0;  
}  

直接运行./buffer2
输出结果为：

zhangxiao
before fork()

如果运行：./buffer2 > test.txt
打开重定向的文件，里面内容为：

zhangxiao
before fork()
before fork()

before fork被输出了两次。

首先，刚刚提到，面向终端的IO默认是行缓冲的，因此printf("....\n")之后，在遇到\n缓冲区刷新（即遇到\n时fflush缓冲）。
而重定向到文件的缓冲方式是全缓冲，printf操作后，并没有刷新缓冲。

当fork子进程的时候，子进程会复制父进程的数据空间，当然包括父进程打开的文件描述符所对应的缓冲区

第一种情况，输出后缓冲区已经被刷新即清除，所以子进程不会复制这部分缓冲区；第二种情况全缓冲，不会被刷新，所以子进程会复制这部分缓冲区，
在程序结束时才会对输出缓冲区进行刷新。所以最后会输出两次“before fork()…”，因为父进程和子进程都有自己的这部分缓冲区。

那么为什么在print之前的write不会出现两次呢？因为write是不带缓冲的IO

如果不满足系统这种默认设定，可调用下面两个函数更改缓冲类型：

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

例如，

setvbuf(stdout,NULL,_IONBF,0);//设置标准输出不带缓冲
//类似的mode还有：
//_IOFBF 全缓冲
//_IOLBF 行缓冲
//_IONBF 无缓冲

参考

1.apue
2.http://blog.csdn.net/anonymalias/article/details/8011115
3.http://www.cnblogs.com/youxin/p/4304998.html

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