c - printf() 将输出发送到缓冲区有什么用？

Question

我正在学习“C PRIMER PLUS”，并且有一个关于“OUTPUT FLUSHING”的话题。现在它说:

printf() statements sends output to an intermediate storage called buffer. Every now and then, the material in the buffer is sent to the screen. The standard C rules for when output is sent from the buffer to the screen are clear:

1. It is sent when the buffer gets full.
2. When a newline character is encountered.
3. When there is impending input.

(Sending the output from the buffer to the screen or file is called flushing the buffer.)

现在，来验证以上说法。我写了这个简单的程序:

#include<stdio.h>

int main(int argc, char** argv) {

printf("Hello World");

return 0;
}

因此，printf() 既不包含新行，也不包含一些即将发生的输入(例如 scanf() 语句或任何其他输入语句)。那为什么它在输出屏幕上打印内容。

让我们假设第一个条件被验证为真。缓冲区已满(这根本不可能发生)。牢记这一点，我将 printf() 中的语句截断为

printf("Hi");

它仍然在控制台上打印语句。

那么这是怎么回事，以上所有条件都是错误的，但我仍然在屏幕上得到输出。你能详细说明一下吗？看来我在理解这个概念时犯了一个错误。非常感谢任何帮助。

编辑:正如一条非常有用的评论所建议的那样，可能在程序结束后执行 exit() 函数会导致所有缓冲区刷新，从而导致控制台上的输出。但是如果我们在执行 exit() 之前按住屏幕。像这样，

#include<stdio.h>

int main(int argc, char** argv) {

printf("Hello World!");
getchar();

return 0;
}

它仍然在控制台上输出。

Answer 1

输出缓冲是一种优化技术。将数据写入某些设备(例如硬盘)是一项昂贵的操作；这就是缓冲出现的原因。从本质上讲，它避免了逐字节(或逐字符)写入数据并将其收集在缓冲区中以便一次写入几 KiB 的数据。

作为一种优化，输出缓冲必须对用户透明(甚至对程序也是透明的)。它不能影响程序的行为；有或没有缓冲(或不同大小的缓冲区)，程序必须表现相同。这就是您提到的规则的用途。

缓冲区只是内存中的一 block 区域，待写入的数据会临时存储在该区域中，直到积累了足够多的数据才能使实际写入设备的过程变得高效。某些设备(硬盘等)甚至不允许写入(或读取)小块数据，而只能写入某些固定大小的 block 。

缓冲区刷新规则:

1. It is sent when the buffer gets full.

这是显而易见的。缓冲区已满，目的已达到，让我们将数据推送到设备。此外，可能有更多数据来自程序，我们需要为其腾出空间。

2. When a newline character is encountered.

有两种类型的设备:行模式和 block 模式。此规则仅适用于线路模式设备(例如终端)。写入磁盘时刷新换行缓冲区没有多大意义。但是当程序正在写入终端时这样做很有意义。在终端前，用户不耐烦地等待输出。不要让他们等太久。

但是为什么输出到终端需要缓冲呢？在终端上写并不昂贵。这是正确的，当终端在物理上位于处理器附近时。当终端和处理器相隔半个地球并且用户通过远程连接运行程序时也不行。

3. When there is impending input.

它应该读作“当同一设备上存在阻碍输入时”以明确说明。

出于与写入相同的原因，读取也被缓冲:效率。读取代码使用它自己的缓冲区。它在需要时填充缓冲区，然后 scanf() 和其他输入读取函数从输入缓冲区获取数据。

当一个输入即将发生在同一个设备上时，为了保证一致性，必须刷新缓冲区(实际写入设备的数据)。该程序已将一些数据发送到输出，现在它希望读回相同的数据；这就是为什么必须将数据刷新到设备以便读取代码在那里找到并加载它的原因。

但为什么在应用程序退出时缓冲区会被刷新？

错误...缓冲是透明的，它不能影响应用程序的行为。您的应用程序已将一些数据发送到输出。当应用程序退出时，数据必须存在(在输出设备上)。

出于同样的原因，当相关文件关闭时，缓冲区也会被刷新。这就是应用程序退出时发生的情况:清理代码关闭所有打开的文件(从应用程序的角度来看，标准输入和输出只是文件)，关闭强制刷新缓冲区。