文章目录
- 1. 缓冲区现象
- 2. 用户级和系统级缓冲区
- 3. 缓冲区刷新
- 4. 为什么要有缓冲区
- 5. 文件打印的全缓冲
- 6. 模拟实现C语言文件标准库
本章gitee代码仓库：重定向、模拟C语言文件标准库
1. 缓冲区现象
我们这里分别调用了4个差不多的函数，但是结果是有一定差别的，这些其实就是因为有缓冲区的存在，导致了现象的不同。
2. 用户级和系统级缓冲区
C语言提供访问文件的接口，本质上都是对系统提供的接口进行封装。上面的func3函数，我们将一号文件描述符关闭之后，C接口的内容都没有在显示器上显示，而系统接口write不受影响，正常显示。
这个就能说明，C语言提供的缓冲区，并不是系统级别的缓冲区。例如printf、fprintf、fwrite这些库函数，都是先将数据写入到C语言提供的缓冲区当中，然后再到合适的时候，通过write将内容刷新带内核的缓冲区当中。
所以这里close(1)将一号文件描述符关闭之后，再想让write写入，那就写不进去了，而在此之前write自己的内容，是直接写入系统缓冲区的，所以我们就能看到通过系统调用write写的内容不受影响，而C库函数的内容全部都没有被刷新出来。
3. 缓冲区刷新
缓冲区刷新分为三种：
-
无缓冲：直接刷新
-
行缓冲：遇到换行符(
\n)刷新一般向显示器打印采用行刷新
-
全缓冲：缓冲区满了之后再刷新
向文件写入一般采用全缓冲
上面的func4，因为我们字符串后面都跟上了\n，采用的行刷新，和func3不一样，遇到\n就刷新缓冲区，所以内容能够全部刷新出来。
当然，在进程退出的时候，也会再刷新一次缓冲区。
4. 为什么要有缓冲区
我们现在有很多快递驿站，这些驿站就可以理解为缓冲区，有了驿站的存在，我们寄快递的时候，直接将快递放到驿站，填好地址信息，我们就可以走了，就不需要我们自己亲自去将这个东西给对方；而拿快递的时候也是，有了驿站的存在，我们可以选择在自己有空的时候去拿，而不是说快递一到，我们就得立马去，这样就能极大的提高我们的效率。
缓冲区也是如此，我们的库函数将内容交给我们的缓冲区后，然后再由缓冲区将内容在合适的时候，调用系统接口，把内容刷新到系统。这样就能够提高用户的效率，让C语言函数的接口更快。
fprintf、printf、scanf这些，都是叫格式化输入输出接口，我们向显示器打印整数1024，在我们看来是一个整数，其实本质上是字符。先将我们的内容作为一个整体，格式化刷新到C的缓冲区，然后统一刷到内核当中。
所以，有缓冲区的存在，也能更好地配合我们的格式化输入输出。
在C语言的文件操作里面，是绕不开这个struct FILE结构体的，所以里面也封装了缓冲区字段。
例如我们在C语言当中一次性打开了5个文件，那么就会有5个对应的缓冲区。
这个
FILE是语言层面的，语言层面都是属于用户的，所以这个缓冲区是属于用户层的
5. 文件打印的全缓冲
有了这些知识，我们再来看上面的func2，我们在程序退出之前fork创建子进程，在显示器上输出的是正常的，但是如果我们将内容重定向到文件当中，我们发现C库函数的接口都输出了2次。
这是因为向文件打印时，刷新方案变成了全缓冲。
当变为全缓冲之后，遇到
\n就不再刷新。而这里fork创建子进程，子进程会将父进程的代码和数据拷贝一份，当然这里缓冲区的数据也会拷贝。因为是全缓冲，这里的缓冲区里面是有数据的。我们先来验证一下这个，不创建子进程，向文件打印：
void func2() { const char *fstr="hello fwrite\n"; const char *str="hello write\n"; printf("hello\n"); sleep(1); fprintf(stdout,"hello fpf\n"); sleep(1); fwrite(fstr,strlen(fstr),1,stdout); sleep(1); write(1,str,strlen(str)); sleep(3); //fork(); }
可以看到，这里向文件打印，虽然加了
\n但并没有刷新，而是采用的全缓冲，等进程结束之后，全部刷新了。所以这里拷贝的缓冲区进行写时拷贝，父进程退出刷新一次，子进程退出刷新一次，所以我们就能看到C接口的信息会被刷新2次。而我们输出到显示的时候，因为是行缓冲，每次直接刷新了，到子进程的时候，缓冲区里面没有数据了，所以就输出一次。
6. 模拟实现C语言文件标准库
简易实现：
#include"Mystdio.h"
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<assert.h>
#define FILE_MODE 0666
_FILE * _fopen(const char*filename,const char*flag)
{
assert(filename);
assert(flag);
int f = 0;
int fd = -1;
if(strcmp(flag,"w") == 0)
{
f = (O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC);
fd = open(filename,f,FILE_MODE);
}
else if(strcmp(flag,"a") == 0)
{
f = (O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND);
fd = open(filename,f,FILE_MODE);
}
else if(strcmp(flag,"r") == 0)
{
f = O_RDONLY;
fd = open(filename,f);
}
else
return NULL;
if(fd == -1) return NULL;
_FILE*fp = (_FILE*)malloc(sizeof(_FILE));
fp->fileon = fd;
fp->flag = FLUSH_ALL;
fp->out_pos = 0; //初始缓冲区没有内容
return fp;
}
int _fwrite(_FILE*fp,const char*s,int len)
{
memcpy(&fp->outbuffer[fp->out_pos],s,len);
fp->out_pos+=len;
if(fp->flag & FLUSH_NOW)
{
write(fp->fileon,fp->outbuffer,fp->out_pos);
fp->out_pos = 0;
}
else if(fp->flag&FLUSH_LINE)
{
if(fp->outbuffer[fp->out_pos-1] == '\n')
{
write(fp->fileon,fp->outbuffer,fp->out_pos);
fp->out_pos = 0;
}
}
else if(fp->flag&FLUSH_ALL)
{
if(fp->out_pos == SIZE)
{
write(fp->fileon,fp->outbuffer,fp->out_pos);
fp->out_pos = 0;
}
}
return len;
}
void _fflush(_FILE*fp)
{
if(fp->out_pos>0)
{
write(fp->fileon,fp->outbuffer,fp->out_pos);
fp->out_pos = 0;
}
}
void _fclose(_FILE*fp)
{
if(fp == NULL) return;
_fflush(fp);
close(fp->fileon);
free(fp);
}
