C++編程對緩衝區的理解

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什麼是緩衝區
緩衝區又稱爲緩存，它是內存空間的一部分。也就是說，在內存空間中預留了一定的存儲空間，這些存儲空間用來緩衝輸入或輸出的數據，這部分預留的空間就叫做緩衝區。
緩衝區根據其對應的是輸入設備還是輸出設備，分爲輸入緩衝區和輸出緩衝區。

爲什麼要引入緩衝區
我們爲什麼要引入緩衝區呢？
比如我們從磁盤裏取信息，我們先把讀出的數據放在緩衝區，計算機再直接從緩衝區中取數據，等緩衝區的數據取完後再去磁盤中讀取，這樣就可以減少磁盤的讀寫次數，再加上計算機對緩衝區的操作大大快於對磁盤的操作，故應用緩衝區可大大提高計算機的運行速度。
又比如，我們使用打印機打印文檔，由於打印機的打印速度相對較慢，我們先把文檔輸出到打印機相應的緩衝區，打印機再自行逐步打印，這時我們的CPU可以處理別的事情。
現在您基本明白了吧，緩衝區就是一塊內存區，它用在輸入輸出設備和CPU之間，用來緩存數據。它使得低速的輸入輸出設備和高速的CPU能夠協調工作，避免低速的輸入輸出設備佔用CPU，解放出CPU，使其能夠高效率工作。

緩衝區的類型
緩衝區 分爲三種類型：全緩衝、行緩衝和不帶緩衝。
1、全緩衝
在這種情況下，當填滿標準I/O緩存後才進行實際I/O操作。全緩衝的典型代表是對磁盤文件的讀寫。
2、行緩衝
在這種情況下，當在輸入和輸出中遇到換行符時，執行真正的I/O操作。這時，我們輸入的字符先存放在緩衝區，等按下回車鍵換行時才進行實際的I/O操作。典型代表是鍵盤輸入數據。
3、不帶緩衝
也就是不進行緩衝，標準出錯情況stderr是典型代表，這使得出錯信息可以直接儘快地顯示出來。
緩衝區的刷新
下列情況會引發緩衝區的刷新:
1、緩衝區滿時；
2、執行flush語句；
3、執行endl語句；
4、關閉文件。
可見，緩衝區滿或關閉文件時都會刷新緩衝區，進行真正的I/O操作。另外，在C++中，我們可以使用flush函數來刷新緩衝區（執行I/O操作並清空緩衝區），如：
cout<<flush; //將顯存的內容立即輸出到顯示器上進行顯示

endl控制符的作用是將光標移動到輸出設備中下一行開頭處，並且清空緩衝區。
cout<<endl;
相當於

cout<<”\n” <<flush;

通過實例演示說明

1、文件操作演示全緩衝
創建一個控制檯工程，輸入如下代碼：

#include <fstream>
using namespace std;
int main()
{//創建文件test.txt並打開
<pre name="code" class="cpp" style="color: rgb(51, 51, 51); font-size: 13px; line-height: 24px;">    <span style="white-space: pre-wrap; font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande';">ofstream outfile("test.txt");    //向test.txt文件中寫入4096個字符’a’</span>

    <span style="white-space: pre-wrap; font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande';">for(int n=0;n<4096;n++)</span>

    <span style="white-space: pre-wrap; font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande';">{outfile<<'a';}</span>

    <span style="white-space: pre-wrap; font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande';">//暫停，按任意鍵繼續</span>

<span style="white-space: pre-wrap; font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande';"></span><pre name="code" class="cpp" style="color: rgb(51, 51, 51); font-size: 13px; line-height: 24px;">    <span style="font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande'; white-space: pre-wrap;">system("PAUSE");        </span>

    <span style="white-space: pre-wrap; font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande';">//繼續向test.txt文件中寫入字符’b’，也就是說，第4097個字符是’b’</span>

<span style="white-space: pre-wrap; font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande';"></span><pre name="code" class="cpp" style="color: rgb(51, 51, 51); font-size: 13px; line-height: 24px;">    <span style="font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande'; white-space: pre-wrap;">outfile<<'b';    </span>

<span style="white-space: pre-wrap; font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande';"></span><pre name="code" class="cpp" style="color: rgb(51, 51, 51); font-size: 13px; line-height: 24px;">    <span style="font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande'; white-space: pre-wrap;">//暫停，按任意鍵繼續</span>

<span style="font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande'; white-space: pre-wrap;"></span><pre name="code" class="cpp" style="color: rgb(51, 51, 51); font-size: 13px; line-height: 24px;">    <span style="font-family: Verdana, Arial, sans-serif, 'Lucida Grande'; white-space: pre-wrap;">system("PAUSE");return 0;</span>

}

上面這段代碼很容易理解，已經在代碼內部作了註釋。
編寫這段小代碼的目的是驗證WindowsXP下全緩衝的大小是4096個字節，並驗證緩衝區滿後會刷新緩衝區，執行真正的I/O操作。

編譯並執行，運行結果如下：

此時打開工程所在文件夾下的test.txt文件，您會發現該文件是空的，這說明4096個字符“a”還在緩衝區，並沒有真正執行I/O操作。敲一下回車鍵，窗口變爲如下：

此時再打開test.txt文件，您就會發下該文件中已經有了4096個字符“a”。這說明全緩衝區的大小是4K（4096），緩衝區滿後執行了I/O操作，而字符“b”還在緩衝區。
再次敲一下回車鍵，窗口變爲如下：

此時再打開test.txt文件，您就會發現字符“b”也在其中了。這一步驗證了文件關閉時刷新了緩衝區。

2、鍵盤操作演示行緩衝
先介紹getchar()函數。
函數原型：int getchar(void);
說明：當程序調用getchar()函數時，程序就等着用戶按鍵，用戶輸入的字符被存放在鍵盤緩衝區中，直到用戶按回車爲止（回車字符也放在緩衝區中）。當用戶鍵入回車之後，getchar()函數纔開始從鍵盤緩衝區中每次讀入一個字符。也就是說，後續的getchar()函數調用不會等待用戶按鍵，而直接讀取緩衝區中的字符，直到緩衝區中的字符讀完後，才重新等待用戶按鍵。
不知道您明白了沒有，再通俗一點講，當程序調用getchar()函數時，程序就等着用戶按鍵，並等用戶按下回車鍵返回。期間按下的字符存放在緩衝區，第一個字符作爲函數返回值。繼續調用getchar()函數，將不再等用戶按鍵，而是返回您剛纔輸入的第2個字符；繼續調用，返回第3個字符，直到緩衝區中的字符讀完後，纔等待用戶按鍵。
如果您還沒有明白，只能怨我表達能力有限，您可以結合以下實例體會。

創建一個控制檯工程，輸入如下代碼：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    char c;
    //第一次調用getchar()函數
    //程序執行時，您可以輸入一串字符並按下回車鍵，按下回車鍵後該函數才返回
    c=getchar();
    //顯示getchar()函數的返回值
    cout<<c<<endl;
    //暫停system("PAUSE");
    //循環多次調用getchar()函數
    //將每次調用getchar()函數的返回值顯示出來
    //直到遇到回車符才結束
    while((c=getchar())!='\n')
    {
        printf("%c",c);
    }
    //暫停
    system("PAUSE");
    return 0;
}

這段小代碼也很簡單，同樣在代碼內部都有註釋。
getchar()函數的執行就是採用了行緩衝。第一次調用getchar()函數，會讓程序使用者（用戶）輸入一行字符並直至按下回車鍵 函數才返回。此時用戶輸入的字符和回車符都存放在行緩衝區。
再次調用getchar()函數，會逐步輸出行緩衝區的內容。
好了，本人表達能力有限，還是編譯運行程序，通過運行結果自己領會吧。

編譯運行程序，會提示您輸入字符，您可以交替按下一些字符，如下：

您一直按下去，您就會發現當您按到第4094個字符時，不允許您繼續輸入字符。這說明行緩衝區的大小也是4K。
此時您按下回車鍵，返回第一個字符’a’，如下圖：

繼續敲一下回車鍵，將緩衝區的其它的字符全部輸出，如下圖：

3、標準錯誤輸出不帶緩衝
如錯誤輸出時使用：

cerr<<”錯誤，請檢查輸入的參數!”;

這條語句等效於：
fprintf(stderr, ”錯誤，請檢查輸入的參數!”);

好了，就說到這吧，祝您好運，希望能對您有所幫助。