(本文章關(guān)于緩沖區(qū)概念的理解大部分取自:http://developer.51cto.com/art/201107/277186.htm)
快遞的寄送過(guò)程:
源地址(商家的倉(cāng)庫(kù))——中轉(zhuǎn)地(快遞公司的倉(cāng)庫(kù))——目的地(買家)
我們從淘寶商家買衣服,商家通過(guò)快遞公司把商品送到我們手里的這個(gè)過(guò)程可以形象的解釋下緩存區(qū)和流的這個(gè)概念。
1, 淘寶商家不會(huì)親自把商品給買家送過(guò)來(lái)的,因?yàn)檫@樣效率太低了,商家會(huì)通過(guò)快遞公司這個(gè)中轉(zhuǎn),然后快遞公司再把東西送給買家。淘寶商家就是在鍵盤上打字,買家就是程序,程序需要讀取從鍵盤上的輸入的字,緩沖區(qū)就是快遞公司的倉(cāng)庫(kù)。
2, 商品的幾種位置狀態(tài):商家倉(cāng)庫(kù),快遞倉(cāng)庫(kù),買家手中,還有一種狀態(tài)就是在路上。輸入輸出的流就是指的在路上。
3, 快遞收貨員收到商品就放到自己的中轉(zhuǎn)倉(cāng)庫(kù)中。但是快遞公司肯定等倉(cāng)庫(kù)中的商品積累到一定程度才開始派送。行緩沖就是遇到換行符時(shí)就認(rèn)為需要執(zhí)行I/O操作了。
一,緩沖區(qū)的概念
緩沖區(qū)又可以稱為緩存。計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存可以被認(rèn)為是硬盤的緩存。當(dāng)cpu讀取文件、執(zhí)行程序時(shí),不會(huì)直接從硬盤中讀取,而是先把文件緩存到內(nèi)存中,然后再?gòu)膬?nèi)存中讀取。
對(duì)于C++程序來(lái)說(shuō),當(dāng)類似cin,getchar這樣的對(duì)象或者函數(shù)讀取輸入時(shí),不會(huì)直接直接讀鍵盤上的輸入,而是這樣的一個(gè)過(guò)程:cin——輸入緩沖區(qū)——鍵盤。我們從鍵盤上輸入的字符先存到緩沖區(qū)里面,cin從緩沖區(qū)里面讀取輸入。對(duì)于輸出來(lái)說(shuō),程序的結(jié)果不會(huì)直接顯示到屏幕上,而是先存放到緩沖區(qū),然后cout把內(nèi)容從緩沖區(qū)輸出到屏幕。cin和cout本質(zhì)上都是對(duì)緩沖區(qū)中的內(nèi)容進(jìn)行操作。
如果沒(méi)有緩沖區(qū)就會(huì)大大降低CPU的效率,因?yàn)?/span>cpu將不得不一直等待用戶的輸入,而不能執(zhí)行其他的操作,人打字輸入的速度再快,也比不上CPU的執(zhí)行速度,人在輸入兩個(gè)字符之間的間隔時(shí)間,cpu完全可以去干別的事情。
緩沖區(qū)分為三種全緩沖、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(duì)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(shí),執(zhí)行真正的I/O操作。這時(shí),我們輸入的字符先存放在緩沖區(qū),等按下回車鍵換行時(shí)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(cuò)情況stderr是典型代表,這使得出錯(cuò)信息可以直接盡快地顯示出來(lái)。
緩沖區(qū)的刷新指的是緩沖區(qū)的內(nèi)容被清空刷新,這也就意味著刷新之前系統(tǒng)會(huì)對(duì)緩沖區(qū)內(nèi)容進(jìn)行I/O讀寫。下面4種情況會(huì)觸發(fā)緩沖區(qū)的刷新:
緩沖區(qū)滿時(shí);
執(zhí)行flush語(yǔ)句;
執(zhí)行endl語(yǔ)句;
關(guān)閉文件。
C/C++程序里面的緩沖區(qū)指的是為標(biāo)準(zhǔn)輸入與標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)置的緩沖區(qū),如果我們不認(rèn)為的設(shè)置的話,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的為標(biāo)準(zhǔn)輸入與標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū),這個(gè)緩沖區(qū)的大小通常是4Kb的大小。
ANSI C要求下列緩存特征:
(1) 當(dāng)且僅當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出并不涉及交互作用設(shè)備(鍵盤,屏幕)時(shí),它們才是全緩存的。 讀寫文件的時(shí)候就是全緩存。
(2)標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)決不會(huì)是全緩存的。
(3)標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出涉及交互作用設(shè)備時(shí),雖然沒(méi)有明確規(guī)定是不帶緩存的還是行緩存的,但一般系統(tǒng)默認(rèn)它們是行緩存的。
因此我們經(jīng)常要用的標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出,stdin、stdout和stderr的緩存特征是:stdin和stdout是行緩存;而stderr是無(wú)緩存的。cin和cout都是從緩沖區(qū)讀取
二、流的概念
流是一個(gè)過(guò)程,一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。可以把流想象成水在水管中流動(dòng)的過(guò)程,想象成商品快遞運(yùn)送的過(guò)程。Cin和cout就是執(zhí)行流這個(gè)過(guò)程的人。
對(duì)于輸入,cin負(fù)責(zé)把輸入緩沖區(qū)中的內(nèi)容傳遞給程序;
對(duì)于輸出,cout負(fù)責(zé)把輸出緩沖區(qū)中的內(nèi)容傳遞給屏幕。
Cin和cout把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)變成流,然后搬運(yùn)到相應(yīng)的目的地。Cin和cout就是個(gè)搬運(yùn)工,搬運(yùn)的過(guò)程就是流。
三、代碼案例
第一段代碼:
int main()
{
string str;
int i=0;
while (cin >> str)
{
cout << str<<endl;
cout << ++i << endl;
}
return 0;
}
程序執(zhí)行過(guò)程中輸入:i love you
最終結(jié)果是:
i
1
love
2
you
3
執(zhí)行過(guò)程中,程序并不會(huì)在每次輸入一個(gè)空格時(shí)就打印一次,而在在完全輸入一行字符串并摁下回車后,才會(huì)打印。原因就是在我們輸入回車之前的一行字符串都只是存放到了為標(biāo)準(zhǔn)輸入分配的緩沖區(qū)中,這是一個(gè)行緩沖區(qū),在遇到換行符之前,緩沖區(qū)不會(huì)刷新也就不會(huì)觸發(fā)I/O操作,cin也就沒(méi)有在讀取數(shù)據(jù)。輸入回車后,cin開始執(zhí)行I/O操作,讀取緩沖區(qū)中的字符:首先讀取i,然后遇到了空格,此次讀取完成,執(zhí)行循環(huán)。然后接著讀取love,又遇到了空格,讀取完成,執(zhí)行循環(huán)。最后讀取了you。
第二段代碼:
int main()
{
char c;
//第一次調(diào)用getchar()函數(shù)
//程序執(zhí)行時(shí),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
c = getchar();
//顯示getchar()函數(shù)的返回值
cout << c << endl;
//暫停
system("PAUSE");
//循環(huán)多次調(diào)用getchar()函數(shù)
//將每次調(diào)用getchar()函數(shù)的返回值顯示出來(lái)
//直到遇到回車符才結(jié)束
while ((c = getchar()) != '\n')
{
printf("%c", c);
}
//暫停
system("PAUSE");
return 0;
}
執(zhí)行程序,輸入:abcdefg,然后回車
程序結(jié)果如下:
a
bcdefg
第一次執(zhí)行到getchar時(shí),由于此時(shí)緩沖區(qū)里面沒(méi)有任何內(nèi)容,所以程序等待鍵盤的輸入,輸入abcdefg后,然后輸入回車,觸發(fā)了行緩沖的條件,執(zhí)行I/O,getchar開始讀取緩沖區(qū)的內(nèi)容,由于此函數(shù)只讀取一個(gè)字符,所以讀完字符a后,讀取結(jié)束,執(zhí)行下面的語(yǔ)句,將a打印到屏幕。由于緩沖區(qū)中字符只被讀取了1個(gè)字符a,剩余的bcdefg還在緩沖區(qū)中,因此執(zhí)行到while中的getchar時(shí),直接讀取緩沖區(qū)中的內(nèi)容,也就是依次讀取bcdefg,回車符也是緩沖區(qū)中的一個(gè)字符,當(dāng)讀取完回車后,while循環(huán)結(jié)束。