• C++ 输出缓冲区的管理


    在C++中,每个I/O对象管理一个缓冲区,用于存储程序读写的数据。本文将对输出缓冲区的管理进行简单的讲解。

    举一个简单的例子:

    myOs << "Please enter a value: ";

    系统将字符串字面值存储在与流myOs关联的缓冲区中。(至于什么是流、缓冲区,可以阅读:C++ Primer Plus(Fifth Edition), Stephen Prata一书中的介绍)。下面几种情况将导致缓冲区的内容被刷新,即写入到真实的输出设备或者文件:

    (1) 程序正常结束。作为main()返回工作的一部分,将清空所有输出缓存区;

    注意:
    如果程序不正常结束,输出缓冲区将不会刷新。在尝试调试已经崩溃的程序时,通常会根据最后的输出找出程序发生错误的区域。如果崩溃出现在某个特定的输出语句后面,则可能是在程序的这个位置之后出错。

    (2) 在一些不确定的时候,缓冲区可能已经满了,在这种情况下,缓冲区将会在写下一个值前刷新;

    (3) 使用操作符显示地刷新缓冲区,例如行结束符std::endl

    注意:
    a) std::endl操作符的作用有两个:输出一个换行符并刷新缓冲区。而C中经常使用的换行符 ,并不具备刷新缓冲区的作用。

    b) 如果仅因为缓冲区没有刷新,程序员将浪费大量时间跟踪调试并没有执行的代码。基于这个原因,输出时应更多使用std::endl而非 ,使用std::endl则不必担心程序崩溃时输出是否悬而未决(即还留在缓冲区,未输出到设备中)。

    c) 除了std::endl操作符外,C++还提供了另外两种操作符:std::flushstd::ends,前者用于刷新流,但不会在输出中添加任何字符,后者比较少用到,会在缓冲区中插入空字符null然后刷新。

    std::cout << "Hello world!" << std::flush; // flushes the buffer; adds no data
    std::cout << "Hello world!" << std::ends;  // inserts a null, then flushes the buffer
    std::cout << "Hello world!" << std::endl;  // inserts a newline, then flushes the buffer

    (4) 在每次输出操作完成后,使用unitbuf操作符设置流的内部状态,从而清空缓冲区;

    注意: 如果需要刷新所有输出,最好使用unitbuf操作符。这个操作符会在每次执行完流输出时刷新流,并且不会在输出中添加任何字符:

    std::cout << std::unitbuf << "first" << "second" << std::nounitbuf;
    // equal to the follow:
    std::cout << "first" << std::flush << "second" << std::flush;

    其中,std::nounitbuf是结束std::unitbuf的作用,使输出流恢复到正常的、由系统管理的缓冲区刷新方式。

    (5) 可将输出流与输入流关联tie起来。在这种情况下,任何读输入流的尝试都将首先刷新其输出流关联的缓冲区。而标准库中提供了将std::coutstd::cin绑在一起的方法:tie

    注意:
    a) tie函数可用istream(例如:ifstream)或ostream(例如:ofstream)对象调用,使用一个指向ostream对象的指针形参。调用tie函数时,将实参流绑在调用该函数的对象上。如果一个流调用tie函数将其本身绑在传递给tieostream实参对象上,则该流上的任何I/O操作都会刷新实参所关联的缓冲区:

    /* the library ties std::cin and std::cout */
    std::cin.tie( &std::cout ); 
    ostream *old_tie = std::cin.tie();
    
    /*
        break tie to std::cout, std::cout no longer flushed 
        when std::cin is read
    */
    std::cin.tie( 0 ); 
    
    /* restablish normal tie between std::cin and std::cout */
    std::cin.tie( old_tie );  

    一个ostream对象每次只能与一个istream对象绑在一起。如果在调用tie函数时传递实参0,则打破该流上已存在的捆绑。

    b) 交互式系统通常应确保它们的输入和输出流是捆绑在一起的。这样做意味着可以保证任何输入,包括给用户的提示,都在试图读之前输出。

    参考文献:《C++ Primer中文版(第四版)》,Stanley B. Lippman 等著。

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