C语言中的输入输出流和缓冲区(重点)详解

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导读:

C语言中我们用到的最频繁的输入输出方式就是scanf()与printf()。

scanf(): 从标准输入设备(键盘)读取数据,并将值存放在变量中。
printf(): 将指定的文字/字符串输出到标准输出设备(屏幕)。注意宽度输出和精度
输出控制。 C语言借助了相应的缓冲区来进行输入与输出。
在这里插入图片描述
如上的简图 ̄□ ̄|| OK,我们接下来进入正题:

1. 流是什么?

“流”即是流动的意思,是物质从一处向另一处流动的过程,是对一种有序连续且具有方向性的数据( 其单位可以是bit,byte,packet )的抽象描述。

“流”:是指信息从外部输入设备(如键盘)向计算机内部(如内存)输入和从内存向外部输出设备(显示器)输出的过程。这种输入输出的过程被形象的比喻为“流”。  

它的特性是:有序连续、具有方向性。

2.对输入输出缓冲区的理解:


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 。

  1. 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) 。

  1. 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.结合缓冲区深度谈谈C语言getchar()

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。

请看下边这个例子:
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运行结果如下:
在这里插入图片描述
再把程序做微小改变:
在这里插入图片描述

运行结果:
在这里插入图片描述
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?读者可以结合上文再多思考。

总结:
以上就是这篇文章的全部内容了,希望可以对大家的学习具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流。

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