printf 缓冲是 C 标准的一部分吗？

Posted 2023-02-25

【中文标题】printf 缓冲是 C 标准的一部分吗？

【英文标题】：Is printf buffering part of the C standard?

【发布时间】：2021-12-11 21:54:54

【问题描述】：

我正在 Linux 上用 C 语言编写一个程序，其中各种内容将通过printf 写入stdout。自然，我会尽量减少 IO 调用并缓冲所有信息，然后将其传递给单个打印调用。但是，通过测试，我发现printf 会自行缓冲，直到达到'\n'。 我的问题是，我可以确定所有 printf 实现都这样做，还是 glibc 刚刚优化？信任printf为我做缓冲可靠吗？

【问题讨论】：

@EugeneSh。谢谢。

虽然不具有权威性，但措辞on cppreference 有点暗示它部分是。 stdin 和 stdout 必须完全缓冲，除非连接到交互式设备。 stderr 永远不会完全缓冲。

@Someprogrammerdude 实际上它是由标准规定的，所以我收回我的第一条评论：port70.net/~nsz/c/c11/n1570.html#7.21.3p7

我会说假设printf 被缓冲是安全的。我想说，任何将字符捆绑在自己的显式缓冲区中的尝试，以人为地最小化实际printf 调用的数量，这将是一种巨大且不必要的时间浪费。 （对于没有实际缓冲的嵌入式平台，可能有带有微型 C 库的编译器。你是在为这样的环境编程吗？你说的是 Linux，所以我猜不是。）

@SteveSummit 有无缓冲的微控制器实现。但是在这种适用的低端系统上，无论如何使用stdio.h 被认为是非常糟糕的做法，因为像 printf 这样的函数会扼杀所有可用的内存和执行速度。

【参考方案1】：

C 标准允许无缓冲和缓冲流。相关部分是C17 7.21.3/3：

当流无缓冲时，字符会尽快从源或目标出现。否则，字符可能会作为一个块累积并传输到主机环境或从主机环境传输。当一个流完全缓冲时，当缓冲区被填满时，字符将作为一个块传输到主机环境或从主机环境传输。当流被行缓冲时，当遇到换行符时，字符将作为块传输到主机环境或从主机环境传输。

这通常取决于操作系统而不是标准库实现。大多数托管的基于控制台的操作系统使用行缓冲实现，\n 将“刷新缓冲区”。否则，对fflush(stdout) 的显式调用将始终执行此操作（严格来说它更便携）。

无缓冲系统的一个例子是有限的“裸机”微控制器，其中stdout 是一个 UART，没有硬件缓冲区来存储大量字符。

【讨论】：

我还要补充一点，默认情况下输出流是否完全缓冲取决于设备是否“交互式”，其定义是实现定义的。

@sj95126 “交互式”是一些 C 标准的无意义术语。我提到的那种无缓冲微控制器系统可以与 PC 端的终端进行大量交互。事实是，写这篇文章的人，可能一直追溯到丹尼斯里奇，几乎只考虑 Unix。

也许它已经过时了，但在 C2x 草案中，措辞仍然在标准中。我只是指出它就在那里，仅此而已。

@sj95126 是的，同一部分中的流章节是“输入和输出，无论是来自终端和磁带驱动器等物理设备还是来自物理设备”。我个人只在技术博物馆看到过磁带驱动器。除非它可能指的是好的老式点阵打印机，否则它们在 90 年代仍在使用......