什么是緩沖區


什么是緩沖區

緩沖區又稱為緩存,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沖輸入或輸出的數據,這部分預留的空間就叫做緩沖區。緩沖區根據其對應的是輸入設備還是輸出設備,分為輸入緩沖區和輸出緩沖區。

為什么要引入緩沖區

我們為什么要引入緩沖區呢?

比如我們從磁盤里取信息,我們先把讀出的數據放在緩沖區,計算機再直接從緩沖區中取數據,等緩沖區的數據取完后再去磁盤中讀取,這樣就可以減少磁盤的讀寫次數,再加上計算機對緩沖區的操作大大快於對磁盤的操作,故應用緩沖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沖區,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,緩沖區就是一塊內存區,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占用CPU,解放出CPU,使其能夠高效率工作。

緩沖區的類型

緩沖區 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,當填滿標准I/O緩存后才進行實際I/O操作。全緩沖的典型代表是對磁盤文件的讀寫。

2、行緩沖

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沖區,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、不帶緩沖

也就是不進行緩沖,標准出錯情況stderr是典型代表,這使得出錯信息可以直接盡快地顯示出來。
緩沖區的刷新

下列情況會引發緩沖區的刷新:

1、緩沖區滿時;

2、執行flush語句;

3、執行endl語句;

4、關閉文件。

可見,緩沖區滿或關閉文件時都會刷新緩沖區,進行真正的I/O操作。另外,在C++中,我們可以使用flush函數來刷新緩沖區(執行I/O操作並清空緩沖區),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,並且清空緩沖區。

cout < < endl;

相當於

cout < < ”\n”< < flush;

通過實例演示說明

1、文件操作演示全緩沖

創建一個控制台工程,輸入如下代碼:

01.#include< fstream >

02.using namespace std;

03. 

04.int main()

05.{

06.//創建文件test.txt並打開

07.ofstream outfile("test.txt");

08. 

09.//向test.txt文件中寫入4096個字符’a’

10.for(int n=0;n< 4096;n++)

11.{

12.outfile <<  'a';

13.}

14.//暫停,按任意鍵繼續

15.system("PAUSE");

16. 

17.//繼續向test.txt文件中寫入字符’b’,也就是說,第4097個字符是’b’

18.outfile < <  'b';

19. 

20.//暫停,按任意鍵繼續

21.system("PAUSE");

22. 

23.return 0;

24.}

上面這段代碼很容易理解,已經在代碼內部作了注釋。

編寫這段小代碼的目的是驗證WindowsXP下全緩沖的大小是4096個字節,並驗證緩沖區滿后會刷新緩沖區,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”還在緩沖區,並沒有真正執行I/O操作。敲一下回車鍵,窗口變為如下:

 

 

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”。這說明全緩沖區的大小是4K(4096),緩沖區滿后執行了I/O操作,而字符“b”還在緩沖區。
再次敲一下回車鍵,窗口變為如下:

 

 

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沖區。

2、鍵盤操作演示行緩沖

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沖區中,直到用戶按回車為止(回車字符也放在緩沖區中)。當用戶鍵入回車之后,getchar()函數才開始從鍵盤緩沖區中每次讀入一個字符。也就是說,后續的getchar()函數調用不會等待用戶按鍵,而直接讀取緩沖區中的字符,直到緩沖區中的字符讀完后,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沖區,第一個字符作為函數返回值。繼續調用getchar()函數,將不再等用戶按鍵,而是返回您剛才輸入的第2個字符;繼續調用,返回第3個字符,直到緩沖區中的字符讀完后,才等待用戶按鍵。

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。

創建一個控制台工程,輸入如下代碼:

01.#include < iostream >

02.using namespace std;

03. 

04.int main()

05.{

06. 

07.char c;

08. 

09.//第一次調用getchar()函數

10.//程序執行時,您可以輸入一串字符並按下回車鍵,按下回車鍵后該函數才返回

11.c=getchar();

12. 

13.//顯示getchar()函數的返回值

14.cout < <  c < < endl;

15. 

16.//暫停

17.system("PAUSE");

18. 

19.//循環多次調用getchar()函數

20.//將每次調用getchar()函數的返回值顯示出來

21.//直到遇到回車符才結束

22.while((c=getchar())!='\n')

23.{

24.printf("%c",c);

25.}

26. 

27.//暫停

28.system("PAUSE");

29. 

30.return 0;

31.}

這段小代碼也很簡單,同樣在代碼內部都有注釋。

getchar()函數的執行就是采用了行緩沖。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沖區。

再次調用getchar()函數,會逐步輸出行緩沖區的內容。

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。這說明行緩沖區的大小也是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,將緩沖區的其它的字符全部輸出,如下圖:

 

 

3、標准錯誤輸出不帶緩沖

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。


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