C# · 12月 20, 2021

C语言中输入输出流与缓冲区的深入讲解

前言

缓冲区 又称为缓存,它是内存空间的一部分。也就是说,在内存空间中预留了一定的存储空间,这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据,这部分预留的空间就叫做缓冲区。

缓冲区根据其对应的是输入设备还是输出设备,分为输入缓冲区和输出缓冲区。

原理介绍:

当调用输入函数scanf()时,输入函数会将我们输入的数字输入到输入缓冲区,

而当我们的输入缓冲区有内容时,再次输入将不会被执行,

而是直接跳过执行,将输入缓冲区的内容赋给变量;

1、为什么要引入缓冲区

例如,我们从磁盘里取信息,我们先把读出的数据放在缓冲区,计算机再直接从缓冲区中取数据,等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取,这样就可以减少磁盘的读写次数,再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作,故应用缓冲区可大大提高计算机的运行速度。

又比如,我们使用打印机打印文档,由于打印机的打印速度相对较慢,我们先把文档输出到打印机相应的缓冲区,打印机再自行逐步打印,这时我们的cpu可以处理别的事情。

现在您基本明白了吧,缓冲区就是一块内存区, 它用在输入输出设备和cpu之间,用来缓存数据 。它 使得低速的输入输出设备和高速的cpu能够协调工作 ,避免低速的输入输出设备占用cpu,解放出cpu,使其能够高效率工作。

2、缓冲区的类型

缓冲区分为三种类型:全缓冲、行缓冲和不带缓冲。

1) 全缓冲

在这种情况下,当 填满 标准I/O缓存后才进行实际I/O操作。全缓冲的典型代表是 对磁盘文件的读写 。

2) 行缓冲

在这种情况下,当在输入和输出中遇到 换行符 时,执行真正的I/O操作。这时,我们输入的字符先存放在缓冲区,等 按下回车键换行 时才进行实际的I/O操作。典型代表是 标准输入(stdin) 和 标准输出(stdout) 。

3) 不带缓冲

也就是不进行缓冲,标准出错情况stderr是典型代表,这使得出错信息可以直接尽快地显示出来。

3、缓冲区的大小

如果我们没有自己设置缓冲区的话,系统会默认为标准输入输出设置一个缓冲区,这个缓冲区的大小通常是 512个字节 的大小。

缓冲区大小由 stdio.h 头文件中的宏 BUFSIZ 定义,如果希望查看它的大小,包含头文件,直接输出它的值即可:printf(“%d”,BUFSIZ);

缓冲区的大小是可以改变的,也可以将文件关联到自定义的缓冲区,详情可以查看 setvbuf()和 setbuf() 函数。

4、缓冲区的刷新(清空)

下列情况会引发缓冲区的刷新: 缓冲区满时 ; 行缓冲区遇到回车时 ; 关闭文件 ; 使用特定函数刷新缓冲区 。

5、结合缓冲区谈谈C语言getchar()、getche()、getch()的区别

先来看一下 getchar() ,其原型为: int getchar(void);

当程序调用getchar()函数时,程序就等着用户按键, 用户输入的字符被存放在键盘缓冲区中,直到用户按回车为止(回车字符也放在缓冲区中) 。当用户键入回车之后,getchar()函数 才开始从键盘缓冲区中每次读入一个字符 。也就是说, 后续的getchar()函数调用不会等待用户按键,而直接读取缓冲区中的字符,直到缓冲区中的字符读完后,才重新等待用户按键 。打个比方,键盘缓冲区就像是一条水管连着你的程序,程序调用getchar()函数用户输入字符就相当于往水管里注水,这个水注多少取决于你输入多少,当你按回车停止注水时,getchar()函数才会开始从键盘缓冲区,也就是我们的水管里取水,那每次只会读一个字符也就是每次取一定量的水,当你在这之后继续调用getchar()函数时,会接着在水管里取上次没用完的水,因为你的水管没清空(缓冲区的刷新),那这个阶段就不用你再输入了,因为一调用getchar()函数就有水可取嘛,直到水管里没水了,你还调用getchar()函数,那这个时候你就得注水了也就是程序会等你按键。

通俗一点说,当程序调用getchar()函数时,程序就等着用户按键,并等用户按下回车键返回。期间按下的字符存放在缓冲区,第一个字符作为函数返回值。继续调用getchar()函数,将不再等用户按键,而是返回您刚才输入的第2个字符;继续调用,返回第3个字符,直到缓冲区中的字符读完后,才等待用户按键。

getchar()函数的执行就是采用了行缓冲。第一次调用getchar()函数,会让程序使用者(用户)输入一行字符并直至按下回车键 函数才返回。此时用户输入的字符和回车符都存放在行缓冲区。再次调用getchar()函数,会逐步输出行缓冲区的内容。

请看下面一个例子:

运行结果如下:

再把程序做微小改变,你再看看,加深理解:

运行结果:

上面第二次打印时不是2而是空格,你应该想到为什么了吧?

好,我们再来看一个例子:

运行结果:

getchar()函数是从 输入流缓冲区 中读取数据的,而不是从 键盘(终端)缓冲区 读取。当读取遇到回车(n)结束时,这个’n’会一起读入到输入流缓冲区的, 所以第一次接收输入时取走字符后会留下字符n,这样第二次getchar()直接从缓冲区中把n取走了 ,显然读取成功了,所以不会再从终端读取!其实这里的 10恰好是回车符 !这就是为什么这个程序只执行了一次输入操作就结束的原因!

getch()和getche()函数

在TC2.0时代,C程序员总是喜欢在程序末尾加上getch() ,来实现程序运行完了暂停不退出的效果。如果不这样做,在TC2.0的环境中Ctrl+F9编译并运行后会立即退出程序,根本来不及看到结果。这时如果要看结果,就要按Alt+F5回到DOS环境中去,很麻烦。而如果在程序的结尾加上一行getch();语句,就可以省掉回DOS看结果这个步骤,因为程序运行完了并不退出,而是在程序最后把屏幕停住了,按任意键才退出程序。

实际上, getch() 的作用是从键盘 接收一个字符,且不带回显 。就是说, 你按了一个键后它并不在屏幕上显示你按的什么,而继续运行后面的代码 ,所以在C语言中可以用它来实现“按任意键继续”的效果,即程序中遇到getch();语句,就会停下来,等你按任意键,它接收了这个字符键后再继续执行后面的代码。这跟上面在Windows下用的system(“PAUSE”)功能一样,但却不会在屏幕上显示(即不会有”按任意键继续“的提示),这样,利用getch()无回显的特性,不管你按什么键,都不会在屏幕上留下痕迹,使你的界面达到美观效果。。

getche() 和getch()很相似,它也需要引入头文件conio.h,它们之间的区别就在于:getch()无回显,getche()有回显。

下面看一个例子:

首先这是个连续5次的循环来实现5次停顿,等待你输入。编译并运行这个程序,假设输入的是abcde,那么屏幕上显示的结果也是abcde,这个abcde并不是在ch=getch();中输出的。把printf(“%c”,ch);这行语句去掉,就会发现按5次任意键程序就结束了,但屏幕上什么都没有显示。

你可以把代码中的getch()换成getche()看看有什么不同。如果还是输入abcde,那么屏幕上显示的结果是aabbccddee,我们把printf(“%c”,ch);这行语句再去掉,显示的结果就是abcde了,说明程序在执行ch=getche();这条语句的时候就把我们输入的键返回显示在屏幕上, 有无回显就是它们的唯一区别 。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对的支持。