c语言缓冲区的理解

开始深入地了解一下c语言，发现以前对于缓冲区的理解并不清楚，在这里对此作一些深入的了解，后续关于缓冲区的问题也在本篇博客上进行更新。
备注：本篇博客的内容建立在刚阅读的c语言中文网相关内容，网址如下：http://c.biancheng.net/cpp/html/2413.html(需要会员资格查看相关内容)
缓冲区的概念
缓冲区(Buffer),又称为缓存(Cache),就是一块内存区，处于IO设备与CPU之间,用来缓存数据。它使得低速的IO设备和高速的CPU能够协调工作,避免低速的IO设备占用CPU,解放出CPU,使其能够高效率工作。直白地说,在内存中预留了一定的存储空间，用来暂时保存输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区。
缓冲区的类型
缓冲区有三种类型：全缓冲、行缓冲和不带缓冲。

1)全缓冲当填满缓冲区后才进行实际IO操作。全缓冲的典型代表是对磁盘文件的读写(读到的文件内容高于缓冲区时，才会真正执行磁盘文件的读写操作)。2)行缓冲遇到换行符\n时,执行真正的I/O操作。这时，我们输入的字符先存放在缓冲区,等按下回车键换行时才进行实际的I/O操作。典型代表是标准输入(stdin)和标准输出(stdout)。3)不带缓冲也就是不进行缓冲，一旦有操作，立即进行IO操作标准错误文件stderr是典型代表，这使得出错信息可以直接尽快地显示出来。

缓冲区的刷新（清空）

下列情况会引发缓冲区的刷新：
缓冲区满时；
行缓冲区遇到回车时；
关闭文件；
使用特定函数刷新缓冲区(fflush(stdin))。

缓冲区大小
如果没有设置缓冲区的话,系统会默认为标准输入输出设置一个缓冲区,这个缓冲区的大小通常是512个字节的大小。缓冲区大小由 stdio.h头文件中的宏BUFSIZ 定义。通过如下代码可以查看该值:
printf(“%d”, BUFSIZ);//macOS输出值为1024

对于缓冲区，有一个常用的函数是需要了解的：scanf();

scanf() 是带有缓冲区的。遇到 scanf() 函数，程序会先检查输入缓冲区中是否有数据：
1. 如果没有，等待用户输入。用户从键盘输入的每个字符都会暂时保存到缓冲区，直到按下回车键，输入结束，scanf() 再从缓冲区中读取数据，赋值给变量。
2. 如果有数据，scanf()会直接读取，不会等待用户输入。
3. 当控制字符串不是以%xxx 开头时，回车键就起作用了(不再视为行的结尾符)，scanf()会对它进行匹配，只是匹配失败而已。
4. 在以%c的格式输入时,\n不会被视为换行字符，而是会作为1个字符存在缓冲区，被之后的%c格式读入。

上述关于scanf()函数的特性会导致一些看起来很奇怪的问题出现:
如下列代码:

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>int main(){    int a=0, b=0;    scanf("a=%d", &a);    scanf("b=%d", &b);    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);    return 0;}//输入a=100后换行,终端不等待输入b=..,直接输出a=100, b=0//这里就跟上述的第3条特性相关了，当控制字符串不是以%xxx 开头时，//回车键就不起作用了，scanf()会对它进行匹配，只是匹配失败而已。//当输入a=100换行时，先匹配a=100，之后将a=100从缓冲区删除，然后//匹配\n字符，发现\n并不是不=...的格式，匹配失败，直接运行下一行代码

如果想让上面的代码运行不出现这种逻辑错误，可以将其改为如下形式：

#include <stdio.h>int main(){    int a, b;    scanf("%d", &a);    scanf("%d", &b);    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);    return 0;}//输入：100//200//输出:a=100,b=200

上述代码还有一种输入方式，输入100 200 300 400 500 600 700,即不换行，直接用空格，一次性写入缓冲区，scanf()读取数据时，先读取100，赋值给a，将100从缓冲区删除，再读取200，赋值给b,运行下一行代码,在上述程序中，直到代码运行完成，缓冲区仍然还有300 400 500 600 700这些数据，只是没有使用到而已。
至于scanf()不安全的缓冲区问题,与第1、2条缓冲区的特性有关:

c语言中，scanf()中的格式控制符必须与参数类型相同，不然会出现无法理解的错误，如下列代码(至于为什么，现在不去纠结)：

#include <stdio.h>int main(){    char a,b;    scanf("%d",&a);    scanf("%d",&b);    printf("%d %d\n", a,b);    return 0;}//输入:12//34//输出:0 34

清空缓存区的方法
scanf() 的缓冲区有时会引发奇怪的问题，多个 scanf() 之间要注意清空缓冲区。清空缓存区存在两种解决方式:

1. 将缓冲区中的数据丢弃
2. 将缓冲区中的数据读出来,但不使用。

将缓冲区中的数据丢弃，c语言提供了fflush(stdin)方法,在C语言中，为了便于操作，键盘和显示器也被看作是文件。键盘称为标准输入文件(stdin),显示器称为标准输出文件(stdout)。如下列代码:

#include<stdio.h>int main(){    int a, b;    scanf("%d", &a);    fflush(stdin);    scanf("%d", &b);    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);    return 0;}//按照c语言中文网的demo说法，该demo在windows的运行结果应该如下://运行结果：//100 200↙//300↙//a=100, b=300//第一个scanf() 读取完成后，将100赋值给变量a,缓冲区中剩下200。然//后调用 fflush() 函数将200从缓冲区中清除。执行到第二个 scanf() //时由于缓冲区中没有数据，所以会等待用户输入。在LinuxGCC下可能无//效，因为C语言标准规定：对于以 stdin 为参数的 fflush() 函数，它//的行为是不确定的，fflush() 操作输入流是对标准C语言的扩充。//上述代码在macbook gcc 运行结果如下://100 200↙//a=100, b=200//也即fflush(stdin)语句无效

将缓冲区中的数据读出来,但不使用
1. 使用下列语句:

//如果没有遇到换行符或者文件结尾符，就继续读出数据，但是不做任何操作,直到遇到换行符或者文件结尾符while((c = getchar()) != '\n' && c != EOF);

2.使用下列语句:

//%*[^\n]:逐个读取缓冲区中的'\n'字符前其它字符，%后面的*表示将读取的这些字符丢弃,遇到'\n'字符时便停止读取。//建议使用该方法scanf("%*[^\n]%*c");

上述两种方式的例子如下:

#include <stdio.h>int main(){    int a, b;    char c;    scanf("%d", &a);    scanf("%*[^\n]%*c");    scanf("%d", &b);    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);    while((c=getchar()) != '\n' && c != EOF)        ;    scanf("%d",&a);    while((c=getchar()) != '\n' && c != EOF)        ;    scanf("%d",&b);    printf("a=%d,b=%d\n", a,b);    return 0;}//运行结果：//100 200↙//300↙//a=100, b=300//9 99↙//999↙//a=9, b=999

关于缓冲区：还有个缓冲区溢出的问题，暂时不做深究，先列出其定义，维基百科关于缓冲区溢出的定义如下：
缓冲区溢出（buffer overflow），是针对程序设计缺陷，向程序输入缓冲区写入使之溢出的内容（通常是超过缓冲区能保存的最大数据量的数据），从而破坏程序运行、趁著中断之际并获取程序乃至系统的控制权。目前OpenBSD、Linux、Windows、Mac OS等操作系统都具有buffer overflow protection（缓存溢出保护/内存位置重新定向）功能[来源请求]，在某种程度上可以保护操作系统，但仍还是有办法让溢出的代码到正确的位置上。其是作原理是：内存跟进程在memory中受到保护。内对外的access memory对象位置会被核心（调度器）随机定向，使其无法正确溢出。