C输入输出缓存

简介: 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。

getchgetche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。

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