C输入输出缓存

探究printf的现象

我们分别在windows系统和linux系统上使用代码做以下操作： 输出"HelloWorld"十次，每次输出后暂停500毫秒。

windows系统上的代码

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main()
{
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		printf("Hello World %d\n", i);
		Sleep(500);
	}
	return 0;
}

使用windows.h头文件中提供的Sleep函数，每次输出后休眠500毫秒。

表现

windows系统上打印出一个HelloWorld后，休眠500毫秒，再打印下一个。

linux系统上的代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		printf("Hello World %d\n", i);
		usleep(1000*500);
	}
	return 0;
}

在linux系统上，我们使用unistd.h头文件中提供的usleep函数，每次输出后休眠500毫秒。usleep的单位为1微秒，1000微秒为1毫秒。代码中给usleep传入1000 * 500，表示500毫秒。

表现

linux系统上，休眠5000毫秒，打印出所有HelloWorld

输入输出缓存区

输出缓存区

在向控制台打印字符时，程序会先将需要打印的字符串放在输出缓存区中，到特定时刻，再一起显示到控制台。 在计算机中，需要将显示在屏幕上的数据发送至显卡，再由显卡进行显示。显然，累积一串字符再批量处理发送，比起单个单个发送更有效率。

何时刷新输出缓存

我们将缓存中的数据发送至目的地并清空缓存，这一行为称之为刷新缓存

• 在windows系统下，使用printf后，数据被写入到输出缓存区。随后，立即刷新缓存区。
• 在linux系统下，使用printf后，数据被写入到输出缓存区。后续的printf会在缓存区中累积数据。直到程序结束才刷新缓存区。

行(háng)缓存的刷新时机

输入输出缓存属于行缓存，即一行结束后必须刷新缓存。 还有一种缓存形式为完全缓存，这种缓存的形式需要等到整个缓存区被填满，才会刷新缓存。 对于行缓存，如果要刷新缓存，只要将一行结束即可。也就是\n 在windows系统中似乎不那么在乎一行字符是否结束。但是在linux下却严格遵循一行字符结束才刷新缓存。

注意

输出缓存是一个系统特性，而不是函数特性。所有输出函数，包括printf，putchar等，均存在输出缓存。

输入缓存区

类似于输出函数（如printf，putchar）存在输出缓存，输入函数（如scanf，getchar）也存在输入缓存。 并且这些输入函数属于阻塞函数，当输入缓存区没有内容时。程序将阻塞在输入函数中，等待用户从键盘键入字符，并按回车确认。 当我们按下了回车键（即换行，存储为\n），输入的字符串将进入输入缓存区 接下来，输入函数将从输入缓存区获取字符，删除缓存区中已获取的字符，并解除阻塞状态继续执行代码。

输入缓存区仍有数据getchar不阻塞

使用getchar读取输入字符串

#include <stdio.h>
int main()
{
	char str[20];
	int i = 0;
	while (i < 19) {
		char c = getchar();
		str[i++] = c;
		if (c == '\n') 
		{
			break;
		}
	}
	str[i] = '\0';
	printf(str);
	printf("\n--------------\n");
	scanf("%s", str);
	printf(str);
	return 0;
}

输出结果

HelloWorldHelloWorld
HelloWorldHelloWorl
--------------
d

超过19个字符后，循环将退出且还剩"d\n"两个字符未读取。 此时，由于输入缓存区内仍有数据，我们将观察到scanf不进入阻塞状态，直接从缓存区中读取数据到str中。先将’d’放到字符数组str中，其后遇到了’\n’，scanf认为一行结束了，便将’\0’附到字符数组中的’d’后。最后，str被printf打印在控制台上，内容为"d"。

不带缓存的输入函数

不带缓存的输入函数，只要按下键盘，程序就立即能获取到输入的字符。

getch和getche需要包含头文件conio.h才可以被使用

conio.h不是一个标准头文件，在windows下默认可以使用。近些年，为了区别平台实现函数与C语言标准函数。平台实现函数前会加上下划线。getch，getche这些平台实现函数，被更名为_getch，_getche

getch函数

getch函数相当于无缓存的getchar 程序运行到getch时函数将进入阻塞状态，并等待键盘直接输入一个字符，按下一个键后（不需要回车送入输入缓存区），getch函数立刻就能收到对应的字符

getche函数

getche函数相当于无缓存有回显的getchar getche函数与getch函数类似，不过它会自己将输入的字符打印在控制台上。

无缓存函数直接从键盘输入

#include <stdio.h>
#include <conio.h>
int main()
{
	char c = getchar();
	putchar(c);
	c = _getch();
	putchar(c);
	c = getchar();
	putchar(c);
	return 0;
}

运行结果

123
1A2

过程如下

第一个getchar将进入阻塞状态，等待用户输入并按下回车，将数据送到缓存区。 我们输入了字符串"123\n"，第一个getchar将获取字符’1’，现在缓存区中的数据为"23\n"。 第一个getchar解除阻塞状态。随后’1’被putchar打印到控制台。 程序运行至getch，虽然输入缓存区中仍有数据，但是getch函数将阻塞等待键盘直接输入一个字符。 输入’A’后，getch解除阻塞状态。‘A’被putchar打印到控制台。 第二个getchar将不进入阻塞状态，读取缓存区中的字符’2’。随后putchar将打印’2’到控制台。