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C++編程對緩沖區(qū)的理解

下面介紹緩沖區(qū)的知識。

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一、什么是緩沖區(qū)

緩沖區(qū)又稱為緩存，它是內(nèi)存空間的一部分。也就是說，在內(nèi)存空間中預(yù)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(shù)據(jù)，這部分預(yù)留的空間就叫做緩沖區(qū)。

緩沖區(qū)根據(jù)其對應(yīng)的是輸入設(shè)備還是輸出設(shè)備，分為輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。

二、為什么要引入緩沖區(qū)

我們?yōu)槭裁匆刖彌_區(qū)呢？

比如我們從磁盤里取信息，我們先把讀出的數(shù)據(jù)放在緩沖區(qū)，計(jì)算機(jī)再直接從緩沖區(qū)中取數(shù)據(jù)，等緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)取完后再去磁盤中讀取，這樣就可以減少磁盤的讀寫次數(shù)，再加上計(jì)算機(jī)對緩沖區(qū)的操作大大快于對磁盤的操作，故應(yīng)用緩沖區(qū)可大大提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。

又比如，我們使用打印機(jī)打印文檔，由于打印機(jī)的打印速度相對較慢，我們先把文檔輸出到打印機(jī)相應(yīng)的緩沖區(qū)，打印機(jī)再自行逐步打印，這時我們的CPU可以處理別的事情。

現(xiàn)在您基本明白了吧，緩沖區(qū)就是一塊內(nèi)存區(qū)，它用在輸入輸出設(shè)備和CPU之間，用來緩存數(shù)據(jù)。它使得低速的輸入輸出設(shè)備和高速的CPU能夠協(xié)調(diào)工作，避免低速的輸入輸出設(shè)備占用CPU，解放出CPU，使其能夠高效率工作。

三、緩沖區(qū)的類型

緩沖區(qū) 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(dāng)填滿標(biāo)準(zhǔn)I/O緩存后才進(jìn)行實(shí)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(dāng)在輸入和輸出中遇到換行符時，執(zhí)行真正的I/O操作。這時，我們輸入的字符先存放在緩沖區(qū)，等按下回車鍵換行時才進(jìn)行實(shí)際的I/O操作。典型代表是鍵盤輸入數(shù)據(jù)。

3、不帶緩沖

也就是不進(jìn)行緩沖，標(biāo)準(zhǔn)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。

四、緩沖區(qū)的刷新

下列情況會引發(fā)緩沖區(qū)的刷新:

  • 緩沖區(qū)滿時；
  • 執(zhí)行flush語句；
  • 執(zhí)行endl語句；
  • 關(guān)閉文件。

可見，緩沖區(qū)滿或關(guān)閉文件時都會刷新緩沖區(qū)，進(jìn)行真正的I/O操作。另外，在C++中，我們可以使用flush函數(shù)來刷新緩沖區(qū)（執(zhí)行I/O操作并清空緩沖區(qū)），如：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. cout<
  
  
  
  
  2. endl控制符的作用是將光標(biāo)移動到輸出設(shè)備中下一行開頭處，并且清空緩沖區(qū)。  
    3. 
  
  
  
  
  3. cout<

相當(dāng)于

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. cout<<”\n” <

五、實(shí)例演示

1、文件操作演示全緩沖

創(chuàng)建一個控制臺工程，輸入如下代碼：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. #include   
    2. 
  
  
  
  
  2. using namespace std;  
    3. 
  
  
  
  
  3. int main()  
    4. 
  
  
  
  
  4. {  
    5. 
  
  
  
  
  5. //創(chuàng)建文件test.txt并打開  
    6. 
  
  
  
  
  6. ofstream outfile("test.txt");  
    7. 
  
  
  
  
  7. //向test.txt文件中寫入4096個字符’a’  
    8. 
  
  
  
  
  8. for(int n=0;n<4096;n++)  
    9. 
  
  
  
  
  9. {  
    10. 
  
  
  
  
  10. outfile<<'a';  
    11. 
  
  
  
  
  11. }  
    12. 
  
  
  
  
  12. //暫停，按任意鍵繼續(xù)  
    13. 
  
  
  
  
  13. system("PAUSE");  
    14. 
  
  
  
  
  14. //繼續(xù)向test.txt文件中寫入字符’b’，也就是說，第4097個字符是’b’  
    15. 
  
  
  
  
  15. outfile<<'b';  
    16. 
  
  
  
  
  16. //暫停，按任意鍵繼續(xù)  
    17. 
  
  
  
  
  17. system("PAUSE");  
    18. 
  
  
  
  
  18. return 0;  
    19. 
  
  
  
  
  19. } 
    20.

上面這段代碼很容易理解，已經(jīng)在代碼內(nèi)部作了注釋。

編寫這段小代碼的目的是驗(yàn)證WindowsXP下全緩沖的大小是4096個字節(jié)，并驗(yàn)證緩沖區(qū)滿后會刷新緩沖區(qū)，執(zhí)行真正的I/O操作。

編譯并執(zhí)行，運(yùn)行結(jié)果如下：

此時打開工程所在文件夾下的test.txt文件，您會發(fā)現(xiàn)該文件是空的，這說明4096個字符“a”還在緩沖區(qū)，并沒有真正執(zhí)行I/O操作。敲一下回車鍵，窗口變?yōu)槿缦拢?/p>

此時再打開test.txt文件，您就會發(fā)下該文件中已經(jīng)有了4096個字符“a”。這說明全緩沖區(qū)的大小是4K（4096），緩沖區(qū)滿后執(zhí)行了I/O操作，而字符“b”還在緩沖區(qū)。

再次敲一下回車鍵，窗口變?yōu)槿缦拢?/p>

此時再打開test.txt文件，您就會發(fā)現(xiàn)字符“b”也在其中了。這一步驗(yàn)證了文件關(guān)閉時刷新了緩沖區(qū)。

2、鍵盤操作演示行緩沖

先介紹getchar()函數(shù)。

函數(shù)原型：int getchar(void);

說明：當(dāng)程序調(diào)用getchar()函數(shù)時，程序就等著用戶按鍵，用戶輸入的字符被存放在鍵盤緩沖區(qū)中，直到用戶按回車為止（回車字符也放在緩沖區(qū)中）。當(dāng)用戶鍵入回車之后，getchar()函數(shù)才開始從鍵盤緩沖區(qū)中每次讀入一個字符。也就是說，后續(xù)的getchar()函數(shù)調(diào)用不會等待用戶按鍵，而直接讀取緩沖區(qū)中的字符，直到緩沖區(qū)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(diǎn)講，當(dāng)程序調(diào)用getchar()函數(shù)時，程序就等著用戶按鍵，并等用戶按下回車鍵返回。期間按下的字符存放在緩沖區(qū)，第一個字符作為函數(shù)返回值。繼續(xù)調(diào)用getchar()函數(shù)，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(xù)調(diào)用，返回第3個字符，直到緩沖區(qū)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(dá)能力有限，您可以結(jié)合以下實(shí)例體會。

創(chuàng)建一個控制臺工程，輸入如下代碼：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. #include   
    2. 
  
  
  
  
  2. using namespace std;  
    3. 
  
  
  
  
  3. int main()  
    4. 
  
  
  
  
  4. {  
    5. 
  
  
  
  
  5. char c;  
    6. 
  
  
  
  
  6. //第一次調(diào)用getchar()函數(shù)  
    7. 
  
  
  
  
  7. //程序執(zhí)行時，您可以輸入一串字符并按下回車鍵，按下回車鍵后該函數(shù)才返回  
    8. 
  
  
  
  
  8. c=getchar();  
    9. 
  
  
  
  
  9. //顯示getchar()函數(shù)的返回值  
    10. 
  
  
  
  
  10. cout<
  
  
  
  
  11. //暫停  
    12. 
  
  
  
  
  12. system("PAUSE");  
    13. 
  
  
  
  
  13. //循環(huán)多次調(diào)用getchar()函數(shù)  
    14. 
  
  
  
  
  14. //將每次調(diào)用getchar()函數(shù)的返回值顯示出來  
    15. 
  
  
  
  
  15. //直到遇到回車符才結(jié)束  
    16. 
  
  
  
  
  16. while((c=getchar())!='\n')  
    17. 
  
  
  
  
  17. {  
    18. 
  
  
  
  
  18. printf("%c",c);  
    19. 
  
  
  
  
  19. }  
    20. 
  
  
  
  
  20. //暫停  
    21. 
  
  
  
  
  21. system("PAUSE");  
    22. 
  
  
  
  
  22. return 0;  
    23. 
  
  
  
  
  23. } 
    24.

這段小代碼也很簡單，同樣在代碼內(nèi)部都有注釋。

getchar()函數(shù)的執(zhí)行就是采用了行緩沖。第一次調(diào)用getchar()函數(shù)，會讓程序使用者（用戶）輸入一行字符并直至按下回車鍵 函數(shù)才返回。此時用戶輸入的字符和回車符都存放在行緩沖區(qū)。再次調(diào)用getchar()函數(shù)，會逐步輸出行緩沖區(qū)的內(nèi)容。

好了，本人表達(dá)能力有限，還是編譯運(yùn)行程序，通過運(yùn)行結(jié)果自己領(lǐng)會吧。

編譯運(yùn)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(fā)現(xiàn)當(dāng)您按到第4094個字符時，不允許您繼續(xù)輸入字符。這說明行緩沖區(qū)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(xù)敲一下回車鍵，將緩沖區(qū)的其它的字符全部輸出，如下圖：

3、標(biāo)準(zhǔn)錯誤輸出不帶緩沖

如錯誤輸出時使用：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. cerr<<”錯誤，請檢查輸入的參數(shù)!”; 
    2.

這條語句等效于：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. fprintf(stderr, ”錯誤，請檢查輸入的參數(shù)!”); 
    2.

好了，就說到這吧，祝您好運(yùn)，希望能對您有所幫助。


網(wǎng)站欄目：C++編程對緩沖區(qū)的理解
文章URL：http://www.dlmjj.cn/article/cdgphij.html