C++編程對(duì)緩沖區(qū)的理解
韓耀旭

什么是緩沖區(qū)
緩沖區(qū)又稱為緩存，它是內(nèi)存空間的一部分。也就是說(shuō)，在內(nèi)存空間中預(yù)留了一定的存儲(chǔ)空間，這些存儲(chǔ)空間用來(lái)緩沖輸入或輸出的數(shù)據(jù)，這部分預(yù)留的空間就叫做緩沖區(qū)。
緩沖區(qū)根據(jù)其對(duì)應(yīng)的是輸入設(shè)備還是輸出設(shè)備，分為輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。

為什么要引入緩沖區(qū)
我們?yōu)槭裁匆刖彌_區(qū)呢？
比如我們從磁盤(pán)里取信息，我們先把讀出的數(shù)據(jù)放在緩沖區(qū)，計(jì)算機(jī)再直接從緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，等緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)取完后再去磁盤(pán)中讀取，這樣就可以減少磁盤(pán)的讀寫(xiě)次數(shù)，再加上計(jì)算機(jī)對(duì)緩沖區(qū)的操作大大快于對(duì)磁盤(pán)的操作，故應(yīng)用緩沖區(qū)可大大提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。
又比如，我們使用打印機(jī)打印文檔，由于打印機(jī)的打印速度相對(duì)較慢，我們先把文檔輸出到打印機(jī)相應(yīng)的緩沖區(qū)，打印機(jī)再自行逐步打印，這時(shí)我們的CPU可以處理別的事情。
現(xiàn)在您基本明白了吧，緩沖區(qū)就是一塊內(nèi)存區(qū)，它用在輸入輸出設(shè)備和CPU之間，用來(lái)緩存數(shù)據(jù)。它使得低速的輸入輸出設(shè)備和高速的CPU能夠協(xié)調(diào)工作，避免低速的輸入輸出設(shè)備占用CPU，解放出CPU，使其能夠高效率工作。

緩沖區(qū)的類型
緩沖區(qū) 分為三種類型：全緩沖、行緩沖和不帶緩沖。
1、全緩沖
在這種情況下，當(dāng)填滿標(biāo)準(zhǔn)I/O緩存后才進(jìn)行實(shí)際I/O操作。全緩沖的典型代表是對(duì)磁盤(pán)文件的讀寫(xiě)。
2、行緩沖
在這種情況下，當(dāng)在輸入和輸出中遇到換行符時(shí)，執(zhí)行真正的I/O操作。這時(shí)，我們輸入的字符先存放在緩沖區(qū)，等按下回車鍵換行時(shí)才進(jìn)行實(shí)際的I/O操作。典型代表是鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)。
3、不帶緩沖
也就是不進(jìn)行緩沖，標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)情況stderr是典型代表，這使得出錯(cuò)信息可以直接盡快地顯示出來(lái)。
緩沖區(qū)的刷新
下列情況會(huì)引發(fā)緩沖區(qū)的刷新:
1、緩沖區(qū)滿時(shí)；
2、執(zhí)行flush語(yǔ)句；
3、執(zhí)行endl語(yǔ)句；
4、關(guān)閉文件。
可見(jiàn)，緩沖區(qū)滿或關(guān)閉文件時(shí)都會(huì)刷新緩沖區(qū)，進(jìn)行真正的I/O操作。另外，在C++中，我們可以使用flush函數(shù)來(lái)刷新緩沖區(qū)（執(zhí)行I/O操作并清空緩沖區(qū)），如：
cout<<flush; //將顯存的內(nèi)容立即輸出到顯示器上進(jìn)行顯示

endl控制符的作用是將光標(biāo)移動(dòng)到輸出設(shè)備中下一行開(kāi)頭處，并且清空緩沖區(qū)。
cout<<endl;
相當(dāng)于
cout<<”\n” <<flush;

通過(guò)實(shí)例演示說(shuō)明

1、文件操作演示全緩沖
創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)工程，輸入如下代碼：

#include <fstream>
using namespace std;
int main()
{
//創(chuàng)建文件test.txt并打開(kāi)
ofstream outfile("test.txt");
//向test.txt文件中寫(xiě)入4096個(gè)字符’a’
for(int n=0;n<4096;n++)
{
outfile<<'a';
}
//暫停，按任意鍵繼續(xù)
system("PAUSE");
//繼續(xù)向test.txt文件中寫(xiě)入字符’b’，也就是說(shuō)，第4097個(gè)字符是’b’
outfile<<'b';
//暫停，按任意鍵繼續(xù)
system("PAUSE");
return 0;
}

上面這段代碼很容易理解，已經(jīng)在代碼內(nèi)部作了注釋。
編寫(xiě)這段小代碼的目的是驗(yàn)證WindowsXP下全緩沖的大小是4096個(gè)字節(jié)，并驗(yàn)證緩沖區(qū)滿后會(huì)刷新緩沖區(qū)，執(zhí)行真正的I/O操作。

編譯并執(zhí)行，運(yùn)行結(jié)果如下：

此時(shí)打開(kāi)工程所在文件夾下的test.txt文件，您會(huì)發(fā)現(xiàn)該文件是空的，這說(shuō)明4096個(gè)字符“a”還在緩沖區(qū)，并沒(méi)有真正執(zhí)行I/O操作。敲一下回車鍵，窗口變?yōu)槿缦拢?br>
此時(shí)再打開(kāi)test.txt文件，您就會(huì)發(fā)下該文件中已經(jīng)有了4096個(gè)字符“a”。這說(shuō)明全緩沖區(qū)的大小是4K（4096），緩沖區(qū)滿后執(zhí)行了I/O操作，而字符“b”還在緩沖區(qū)。
再次敲一下回車鍵，窗口變?yōu)槿缦拢?br>
此時(shí)再打開(kāi)test.txt文件，您就會(huì)發(fā)現(xiàn)字符“b”也在其中了。這一步驗(yàn)證了文件關(guān)閉時(shí)刷新了緩沖區(qū)。

2、鍵盤(pán)操作演示行緩沖
先介紹getchar()函數(shù)。
函數(shù)原型：int getchar(void);
說(shuō)明：當(dāng)程序調(diào)用getchar()函數(shù)時(shí)，程序就等著用戶按鍵，用戶輸入的字符被存放在鍵盤(pán)緩沖區(qū)中，直到用戶按回車為止（回車字符也放在緩沖區(qū)中）。當(dāng)用戶鍵入回車之后，getchar()函數(shù)才開(kāi)始從鍵盤(pán)緩沖區(qū)中每次讀入一個(gè)字符。也就是說(shuō)，后續(xù)的getchar()函數(shù)調(diào)用不會(huì)等待用戶按鍵，而直接讀取緩沖區(qū)中的字符，直到緩沖區(qū)中的字符讀完后，才重新等待用戶按鍵。
不知道您明白了沒(méi)有，再通俗一點(diǎn)講，當(dāng)程序調(diào)用getchar()函數(shù)時(shí)，程序就等著用戶按鍵，并等用戶按下回車鍵返回。期間按下的字符存放在緩沖區(qū)，第一個(gè)字符作為函數(shù)返回值。繼續(xù)調(diào)用getchar()函數(shù)，將不再等用戶按鍵，而是返回您剛才輸入的第2個(gè)字符；繼續(xù)調(diào)用，返回第3個(gè)字符，直到緩沖區(qū)中的字符讀完后，才等待用戶按鍵。
如果您還沒(méi)有明白，只能怨我表達(dá)能力有限，您可以結(jié)合以下實(shí)例體會(huì)。

創(chuàng)建一個(gè)控制臺(tái)工程，輸入如下代碼：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
char c;
//第一次調(diào)用getchar()函數(shù)
//程序執(zhí)行時(shí)，您可以輸入一串字符并按下回車鍵，按下回車鍵后該函數(shù)才返回
c=getchar();
//顯示getchar()函數(shù)的返回值
cout<<c<<endl;
//暫停
system("PAUSE");
//循環(huán)多次調(diào)用getchar()函數(shù)
//將每次調(diào)用getchar()函數(shù)的返回值顯示出來(lái)
//直到遇到回車符才結(jié)束
while((c=getchar())!='\n')
{
printf("%c",c);
}
//暫停
system("PAUSE");
return 0;
}

這段小代碼也很簡(jiǎn)單，同樣在代碼內(nèi)部都有注釋。
getchar()函數(shù)的執(zhí)行就是采用了行緩沖。第一次調(diào)用getchar()函數(shù)，會(huì)讓程序使用者（用戶）輸入一行字符并直至按下回車鍵 函數(shù)才返回。此時(shí)用戶輸入的字符和回車符都存放在行緩沖區(qū)。
再次調(diào)用getchar()函數(shù)，會(huì)逐步輸出行緩沖區(qū)的內(nèi)容。
好了，本人表達(dá)能力有限，還是編譯運(yùn)行程序，通過(guò)運(yùn)行結(jié)果自己領(lǐng)會(huì)吧。

編譯運(yùn)行程序，會(huì)提示您輸入字符，您可以交替按下一些字符，如下：

您一直按下去，您就會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)您按到第4094個(gè)字符時(shí)，不允許您繼續(xù)輸入字符。這說(shuō)明行緩沖區(qū)的大小也是4K。
此時(shí)您按下回車鍵，返回第一個(gè)字符’a’，如下圖：

繼續(xù)敲一下回車鍵，將緩沖區(qū)的其它的字符全部輸出，如下圖：

3、標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出不帶緩沖
如錯(cuò)誤輸出時(shí)使用：

cerr<<”錯(cuò)誤，請(qǐng)檢查輸入的參數(shù)!”;

這條語(yǔ)句等效于：
fprintf(stderr, ”錯(cuò)誤，請(qǐng)檢查輸入的參數(shù)!”);

好了，就說(shuō)到這吧，祝您好運(yùn)，希望能對(duì)您有所幫助。