什麼是緩衝區

緩衝區又稱為快取，它是記憶體空間的一部分。也就是說，在記憶體空間中預留了一定的儲存空間，這些儲存空間用來緩衝輸入或輸出的資料，這部分預留的空間就叫做緩衝區。緩衝區根據其對應的是輸入裝置還是輸出裝置，分為輸入緩衝區和輸出緩衝區。

為什麼要引入緩衝區

我們為什麼要引入緩衝區呢？

比如我們從磁盤裡取資訊，我們先把讀出的資料放在緩衝區，計算機再直接從緩衝區中取資料，等緩衝區的資料取完後再去磁碟中讀取，這樣就可以減少磁碟的讀寫次數，再加上計算機對緩衝區的操作大大快於對磁碟的操作，故應用緩衝區可大大提高計算機的執行速度。

又比如，我們使用印表機列印文件，由於印表機的列印速度相對較慢，我們先把文件輸出到印表機相應的緩衝區，印表機再自行逐步列印，這時我們的CPU可以處理別的事情。現在您基本明白了吧，緩衝區就是一塊記憶體區，它用在輸入輸出裝置和CPU之間，用來快取資料。它使得低速的輸入輸出裝置和高速的CPU能夠協調工作，避免低速的輸入輸出裝置佔用CPU，解放出CPU，使其能夠高效率工作。

緩衝區的型別

緩衝區 分為三種類型：全緩衝、行緩衝和不帶緩衝。

1、全緩衝

在這種情況下，當填滿標準I/O快取後才進行實際I/O操作。全緩衝的典型代表是對磁碟檔案的讀寫。

2、行緩衝

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，我們輸入的字元先存放在緩衝區，等按下回車鍵換行時才進行實際的I/O操作。典型代表是鍵盤輸入資料。

3、不帶緩衝

也就是不進行緩衝，標準出錯情況stderr是典型代表，這使得出錯資訊可以直接儘快地顯示出來。
緩衝區的重新整理

下列情況會引發緩衝區的重新整理:

1、緩衝區滿時；

2、執行flush語句；

3、執行endl語句；

4、關閉檔案。

可見，緩衝區滿或關閉檔案時都會重新整理緩衝區，進行真正的I/O操作。另外，在C++中，我們可以使用flush函式來重新整理緩衝區（執行I/O操作並清空緩衝區），如：cout << flush; //將視訊記憶體的內容立即輸出到顯示器上進行顯示

endl控制符的作用是將游標移動到輸出裝置中下一行開頭處，並且清空緩衝區。

cout < < endl;

相當於

cout < < ”\n”< < flush;

通過例項演示說明

1、檔案操作演示全緩衝

建立一個控制檯工程，輸入如下程式碼：

1. #include< fstream >
2. usingnamespace std;  
3. int main()  
4. {  
5. //建立檔案test.txt並開啟
6.     ofstream outfile("test.txt");  
7. //向test.txt檔案中寫入4096個字元’a’
8. for(int n=0;n< 4096;n++)  
9.     {  
10.         outfile <<  'a';  
11.     }  
12. //暫停，按任意鍵繼續
13.     system("PAUSE");  
14. //繼續向test.txt檔案中寫入字元’b’，也就是說，第4097個字元是’b’
15.     outfile < <  'b';  
16. //暫停，按任意鍵繼續
17.     system("PAUSE");  
18. return 0;  
19. }  

#include< fstream >
using namespace std;

int main()
{
    //建立檔案test.txt並開啟
	ofstream outfile("test.txt");

    //向test.txt檔案中寫入4096個字元’a’
	for(int n=0;n< 4096;n++)
	{
		outfile <<  'a';
	}
    //暫停，按任意鍵繼續
	system("PAUSE");
    
    //繼續向test.txt檔案中寫入字元’b’，也就是說，第4097個字元是’b’
	outfile < <  'b';

    //暫停，按任意鍵繼續
	system("PAUSE");

	return 0;
}

上面這段程式碼很容易理解，已經在程式碼內部作了註釋。

編寫這段小程式碼的目的是驗證全緩衝的大小是4096個位元組，並驗證緩衝區滿後會重新整理緩衝區，執行真正的I/O操作。

編譯並執行，執行結果如下：

此時開啟工程所在資料夾下的test.txt檔案，您會發現該檔案是空的，這說明4096個字元“a”還在緩衝區，並沒有真正執行I/O操作。敲一下回車鍵，視窗變為如下：

此時再開啟test.txt檔案，您就會發下該檔案中已經有了4096個字元“a”。這說明全緩衝區的大小是4K（4096），緩衝區滿後執行了I/O操作，而字元“b”還在緩衝區。
再次敲一下回車鍵，視窗變為如下：

此時再開啟test.txt檔案，您就會發現字元“b”也在其中了。這一步驗證了檔案關閉時重新整理了緩衝區。

2、鍵盤操作演示行緩衝

先介紹getchar()函式。

函式原型：int getchar(void);

說明：當程式呼叫getchar()函式時，程式就等著使用者按鍵，使用者輸入的字元被存放在鍵盤緩衝區中，直到使用者按回車為止（回車字元也放在緩衝區中）。當用戶鍵入回車之後，getchar()函式才開始從鍵盤緩衝區中每次讀入一個字元。也就是說，後續的getchar()函式呼叫不會等待使用者按鍵，而直接讀取緩衝區中的字元，直到緩衝區中的字元讀完後，才重新等待使用者按鍵。

不知道您明白了沒有，再通俗一點講，當程式呼叫getchar()函式時，程式就等著使用者按鍵，並等使用者按下回車鍵返回。期間按下的字元存放在緩衝區，第一個字元作為函式返回值。繼續呼叫getchar()函式，將不再等使用者按鍵，而是返回您剛才輸入的第2個字元；繼續呼叫，返回第3個字元，直到緩衝區中的字元讀完後，才等待使用者按鍵。

如果您還沒有明白，只能怨我表達能力有限，您可以結合以下例項體會。

建立一個控制檯工程，輸入如下程式碼：

1. #include < iostream >
2. usingnamespace std;  
3. int main()  
4. {  
5. char c;  
6. //第一次呼叫getchar()函式
7. //程式執行時，您可以輸入一串字元並按下回車鍵，按下回車鍵後該函式才返回
8.     c=getchar();  
9. //顯示getchar()函式的返回值
10.     cout < <  c < < endl;  
11. //暫停
12.     system("PAUSE");  
13. //迴圈多次呼叫getchar()函式
14. //將每次呼叫getchar()函式的返回值顯示出來
15. //直到遇到回車符才結束
16. while((c=getchar())!='\n')  
17.     {  
18.         printf("%c",c);  
19.     }  
20. //暫停
21.     system("PAUSE");  
22. return 0;  
23. }  

#include < iostream >
using namespace std;

int main()
{

	char c;

//第一次呼叫getchar()函式
//程式執行時，您可以輸入一串字元並按下回車鍵，按下回車鍵後該函式才返回
	c=getchar();

    //顯示getchar()函式的返回值
	cout < <  c < < endl;

    //暫停
	system("PAUSE");
 
//迴圈多次呼叫getchar()函式
//將每次呼叫getchar()函式的返回值顯示出來
//直到遇到回車符才結束
	while((c=getchar())!='\n')
	{
		printf("%c",c);
	}

    //暫停
	system("PAUSE");

	return 0;
}

這段小程式碼也很簡單，同樣在程式碼內部都有註釋。

getchar()函式的執行就是採用了行緩衝。第一次呼叫getchar()函式，會讓程式使用者（使用者）輸入一行字元並直至按下回車鍵 函式才返回。此時使用者輸入的字元和回車符都存放在行緩衝區。

再次呼叫getchar()函式，會逐步輸出行緩衝區的內容。

好了，本人表達能力有限，還是編譯執行程式，通過執行結果自己領會吧。

編譯執行程式，會提示您輸入字元，您可以交替按下一些字元，如下：

您一直按下去，您就會發現當您按到第4094個字元時，不允許您繼續輸入字元。這說明行緩衝區的大小也是4K。

此時您按下回車鍵，返回第一個字元’a’，如下圖：

繼續敲一下回車鍵，將緩衝區的其它的字元全部輸出，如下圖：

3、標準錯誤輸出不帶緩衝

如錯誤輸出時使用：

cerr<<”錯誤，請檢查輸入的引數!”;

這條語句等效於：

fprintf(stderr, ”錯誤，請檢查輸入的引數!”);