printf行缓冲区的分析总结

港控/mmm° 2022-08-09 11:50 170阅读 0赞

标准C库glibc的printf，

这里就要区分一下标准库函数和系统调用了。

系统调用是内核提供给上层程序的接口，能够实现内核和上层之间的交互，系统调用在内核中的实现是软中断的方式，通过相应的中断服务例程来实现，而标准库函数是在系统调用的基础之上封装的应用程序，完全运行在用户态，在必要的时候调用系统调用。编写应用程序可以直接使用应用程序也可以使用库函数，那为什么还要有库函数呢。

以printf为例，在printf的实现中，在调用write之前加入了IO缓冲区，这是一个用户空间的缓冲，首先要说明一点，系统调用是软中断，频繁调用，需要内核频繁陷入内核态，这样的效率不是很高，而printf实际是向用户空间的IO缓冲写，在满足条件的情况下（条件下面会说）才会调用write系统调用，这样也就提高了内核的效率。

对于普通的文件操作，库函数因为IO缓冲区，效率高，其他方面与直接调用系统调用无异，但是对于一些特殊的文件，如串口终端以及网络设备。对于应用程序来将，我们更加希望的是每次的操作能够真真正正的反映在底层的硬件上，这时我们最好就不要使用类似与printf这样的带IO缓冲区的标准库函数了，而是直接使用系统调用，我上面就是犯了这个错误。

说完标准库函数和系统调用的区别，我们就要具体的分析一下printf。

printf是一个行缓冲函数，先写到缓冲区，满足条件后，才将缓冲区刷到对应文件中，刷缓冲区的条件如下：

1 缓冲区填满

2 写入的字符中有‘\\n’ '\\r'

3 调用fflush手动刷新缓冲区

4 调用scanf要从缓冲区中读取数据时，也会将缓冲区内的数据刷新

满足上面4个条件之一缓冲区就会刷新，，也就是printf会真正调用write来写入

当我们执行printf的进程或者线程结束的时候会主动调用flush来刷新缓冲区，所以程序结束，也会刷新

如果我们沦落到调用printf后再调用fflush来刷新的话，我感觉还不如调用write来的直接呢

其他的3点都好理解，下面我们就手动来研究一下printf的缓冲区到底有多大？

这就需要我们写一个小程序来验证一下，程序如下：

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        int i = 0x61;
        while(1)
        {   
            printf("%c", i); 
            i++;
            i = (i - 0x61) % 26 + 0x61;
            usleep(1000);
        }   
        return 0;
    }

在本地机器上编译这个程序，之后运行，在屏幕第一次输出结构后ctrl+C杀死，将结果保存在一个文件中，ls -l查看一下这个文件

我查看这个文件大小是1025个字节，这也就说明printf的缓冲区是1024byte，当写入第1025字节时刷新缓冲区到终端下。

**《引述：  为什么有时候 我写程序  int  i = 0;  printf("%d", i);  他还是有输出的呢？    》**

**个人见解：   因为 在 调用return 的时候 系统回收io资源，将缓冲区内容输出， 若要看到她有缓冲 需要单步调试 跟踪即可。**