C語言中輸入輸出流與緩沖區的深入講解

前言

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。

原理介紹:

• 當調用輸入函數scanf()時,輸入函數會將我們輸入的數字輸入到輸入緩沖區,
• 而當我們的輸入緩沖區有內容時,再次輸入將不會被執行,
• 而是直接跳過執行,將輸入緩沖區的內容賦給變量;

1、為什么要引入緩沖區

例如，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于對磁盤的操作，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，由于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。

2、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 標準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 標準輸入(stdin) 和 標準輸出(stdout) 。

3) 不帶緩沖

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

3、緩沖區的大小

如果我們沒有自己設置緩沖區的話，系統會默認為標準輸入輸出設置一個緩沖區，這個緩沖區的大小通常是 512個字節 的大小。

緩沖區大小由 stdio.h 頭文件中的宏 BUFSIZ 定義，如果希望查看它的大小，包含頭文件，直接輸出它的值即可：printf("%d", BUFSIZ);

緩沖區的大小是可以改變的，也可以將文件關聯到自定義的緩沖區，詳情可以查看 setvbuf()和 setbuf() 函數。

4、緩沖區的刷新（清空）

下列情況會引發緩沖區的刷新： 緩沖區滿時 ； 行緩沖區遇到回車時 ； 關閉文件 ； 使用特定函數刷新緩沖區 。

5、結合緩沖區談談C語言getchar()、getche()、getch()的區別

先來看一下 getchar() ，其原型為： int getchar(void);

當程序調用getchar()函數時，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 。打個比方，鍵盤緩沖區就像是一條水管連著你的程序，程序調用getchar()函數用戶輸入字符就相當于往水管里注水，這個水注多少取決于你輸入多少，當你按回車停止注水時，getchar()函數才會開始從鍵盤緩沖區，也就是我們的水管里取水，那每次只會讀一個字符也就是每次取一定量的水，當你在這之后繼續調用getchar()函數時，會接著在水管里取上次沒用完的水，因為你的水管沒清空（緩沖區的刷新），那這個階段就不用你再輸入了，因為一調用getchar()函數就有水可取嘛，直到水管里沒水了，你還調用getchar()函數，那這個時候你就得注水了也就是程序會等你按鍵。

通俗一點說，當程序調用getchar()函數時，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，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。

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）輸入一行字符并直至按下回車鍵 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。

請看下面一個例子：

運行結果如下：

再把程序做微小改變，你再看看，加深理解：

運行結果：

上面第二次打印時不是2而是空格，你應該想到為什么了吧？

好，我們再來看一個例子：

運行結果：

getchar()函數是從 輸入流緩沖區 中讀取數據的，而不是從 鍵盤(終端)緩沖區 讀取。當讀取遇到回車(\n)結束時，這個'\n'會一起讀入到輸入流緩沖區的， 所以第一次接收輸入時取走字符后會留下字符\n，這樣第二次getchar()直接從緩沖區中把\n取走了 ，顯然讀取成功了，所以不會再從終端讀取！其實這里的 10恰好是回車符 ！這就是為什么這個程序只執行了一次輸入操作就結束的原因！

getch()和getche()函數

在TC2.0時代，C程序員總是喜歡在程序末尾加上getch() ，來實現程序運行完了暫停不退出的效果。如果不這樣做，在TC2.0的環境中Ctrl+F9編譯并運行后會立即退出程序，根本來不及看到結果。這時如果要看結果，就要按Alt+F5回到DOS環境中去，很麻煩。而如果在程序的結尾加上一行getch();語句，就可以省掉回DOS看結果這個步驟，因為程序運行完了并不退出，而是在程序最后把屏幕停住了，按任意鍵才退出程序。

實際上， getch() 的作用是從鍵盤 接收一個字符，且不帶回顯 。就是說， 你按了一個鍵后它并不在屏幕上顯示你按的什么，而繼續運行后面的代碼 ，所以在C語言中可以用它來實現“按任意鍵繼續”的效果，即程序中遇到getch();語句，就會停下來，等你按任意鍵，它接收了這個字符鍵后再繼續執行后面的代碼。這跟上面在Windows下用的system（“PAUSE")功能一樣，但卻不會在屏幕上顯示（即不會有”按任意鍵繼續“的提示），這樣，利用getch()無回顯的特性，不管你按什么鍵，都不會在屏幕上留下痕跡，使你的界面達到美觀效果。。

getche() 和getch()很相似，它也需要引入頭文件conio.h，它們之間的區別就在于：getch()無回顯，getche()有回顯。

下面看一個例子：

首先這是個連續5次的循環來實現5次停頓，等待你輸入。編譯并運行這個程序，假設輸入的是abcde，那么屏幕上顯示的結果也是abcde，這個abcde并不是在ch=getch();中輸出的。把printf("%c",ch);這行語句去掉，就會發現按5次任意鍵程序就結束了，但屏幕上什么都沒有顯示。

你可以把代碼中的getch()換成getche()看看有什么不同。如果還是輸入abcde，那么屏幕上顯示的結果是aabbccddee，我們把printf("%c",ch);這行語句再去掉，顯示的結果就是abcde了，說明程序在執行ch=getche();這條語句的時候就把我們輸入的鍵返回顯示在屏幕上， 有無回顯就是它們的唯一區別 。

總結

以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對億速云的支持。