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Linux 中 I/O steam中的缓冲解析

缓冲，缓存之类的术语，通常都会和执行效率联系到一起，在标准I/O库中提供缓冲的主要目的就是减少系统函数read和write的调用，从而能够减少系统CPU时间。标准I/O库的缓冲主要分为3种：全缓冲、行缓冲和不缓冲。

全缓冲

全缓冲就是当输入或输出时，当缓冲区被填满了之后，才会进行实际的I/O操作。下面是一个将"hello world!"写入log.txt文件的程序，演示了这一个过程。log.txt是空文件，长度为0。

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

int main(void)
{
    FILE *stream;
    if ((stream = fopen("./log.txt", "a")) == NULL) {
        printf("error: %d\n", errno);
        exit(1);
    }

    char buf[BUFSIZ];
    setvbuf(stream, buf, _IOFBF,  BUFSIZ);
    fputs("hello world!", stream);

    sleep(20);

    return 0;
}

上例代码通过setvbuf函数设定stream流是全缓冲，_IOFBF表示io full buffer的意思，编译执行这个程序，然后立马查看log.txt文件：

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$ ls -l log.txt
-rw-r--r-- 1 root root 0 Nov 20 22:40 log.txt

会发现文件的长度是0，直到睡眠结束后，字符"hello world!"才会写入到log.txt文件。
如果fputs了很多次后，长度还是小于BUFSIZ，但是需要将这些内容都实际写入文件，可以使用fflush函数。fflush函数根据指定的文件流将缓冲区的内容进行实际的操作，并清空缓冲区；如果参数为NULL，则会对所有打开的文件流操作。例如上例，只要在

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fputs("hello world!", stream);

代码后面加上下面一行代码就OK了。

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fflush(stream);

编译执行代码，可以发现即使程序还在睡眠，但是内容已经写入log.txt了。

行缓冲

当在输入或输出中遇到换行符时，才进行实际I/O操作。linux下标准输出默认是行缓冲，下面的例子使用标准输出演示这一个过程。

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#include <stdio.h>

int main(void)
{
    fputs("hello", stdout);
    sleep(2);
    //这里一开始输出了换行符，所以前面的hello就被输出到屏幕上了。
    fputs("\nworld", stdout);
    sleep(2);

    return 0;
}

编译执行上面的程序，应当看到过两秒才会输出一个"hello"，再过两秒才输出"word"，然后程序就结束了。在C语言中，可以通过setvbuf来设定缓冲模式，其中_IOLBF表示行缓冲，就是io line buffer的意思。

无缓冲

标准I/O库不进行任何字符缓冲，任何读写都是即时可见的。linux下标准错误输出默认是不缓冲，修改上面的例子：

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#include <stdio.h>

int main(void)
{
    fputs("hello", stderr);
    sleep(2);
    fputs("world", stderr);
    sleep(2);

    return 0;
}

编译执行上面的程序，结果就比较显而易见了。程序一执行的时候就会输出"hello"，过两秒输出"world"，再过两秒程序就结束了。在C语言中，可以通过setbuf来设定无缓冲模式，只要将第二个参数设置为NULL就可以了；也可以通过setvbuf来设定无缓冲模式，其中_IONBF表示行缓冲，就是io not buffer的意思。