新行字符是否也会清空缓冲区？

Question

我知道像“endl和\n的区别”这样的问题在SO上已经有很多答案了。但是它们只提到了endl能够将缓冲区刷新到stdout，而\n则不能。

因此，我理解的缓冲区被刷新是指输入被存储在一个缓冲区中，并且只有当它遇到endl或某些显式的flush函数时才传递到stdout。如果是这样，我预期以下代码：

#include <iostream>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
    std::cout << "Hello\nworld";
    sleep(2);
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

展示：

2秒后

Hello
World

但实际输出为：

Hello

2秒后

World

为什么会这样呢？

不应该将\n也存储在缓冲区中，直到遇到endl时才将缓冲区刷新/显示到stdout吗？但是从我观察到的情况来看，\n的行为与endl相同。

- CaptainDaVinci

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这取决于 cout 的输出目标。如果输出到终端（即“交互设备”），那么它不能完全缓冲 - 通常是按行缓冲，这意味着在打印换行符后字符就会出现，或者在理论上可以是不带缓冲的。如果输出到管道、文件或其他非交互式目标，则 endl 强制将数据输出，即使流通常是完全缓冲的。 - Jonathan Leffler

我还想知道，如果我既没有提供换行符也没有使用 endl，当程序执行到结尾时，输出是否会显示在 stdout 上？我知道在终端上是这样的，但对于所有类型的 stdout 都适用吗？ - CaptainDaVinci

是的，当文件流在程序（正常）结束时关闭时，挂起的输出将被刷新。当缓冲区满时，它也会被刷新。如果程序中止，挂起的输出通常不会被刷新。 - Jonathan Leffler

@JonathanLeffler：处理交互流的C++方式是将std::cin绑定到std::cout：每当访问std::cin时，std::cout就会被刷新。对于写入stdout的C++程序观察到行缓冲行为的实际原因是与stdio同步，显然，对于使用标准流的任何理智的C++程序，该同步已禁用，否则程序会变得不合理地减慢。 - Dietmar Kühl

Answer 1

^{将注释转换为答案。}

这取决于 cout 的输出目标。如果它输出到终端（“交互设备”），那么它不能完全缓冲——通常是行缓冲，也就是说字符会在打印出一个换行符后显示，或理论上可能是无缓冲的。如果它输出到管道、文件或其他非交互式目标，则 endl 即使流通常是完全缓冲的，也会强制输出数据。

我还想知道，如果我既不提供换行符也不提供 endl，当程序结束时，输出是否会显示在 stdout 上？我知道终端会，但对所有类型的 stdout 都适用吗？

是的，当文件流在程序正常结束时关闭时，等待输出将被刷新。当缓冲区满时，也会被刷新。如果程序异常终止，则等待输出通常不会被刷新。

- Jonathan Leffler

Answer 2

标准C++流对象（std::cin，std::cout，std::cerr和std::clog）的默认设置是它们与相应的C流（stdin，stdout和stderr）同步。同步意味着交替访问C++和C流会产生一致的行为。例如，以下代码将输出字符串“hello, world”：

std::cout << "hel";
fprintf(stdout, "lo,");
std::cout << " wo";
fprintf(stdout, "rld");

C++标准并未强制规定如何实现同步。实现同步的一种方法是禁用std::cout(及其家族)的任何缓冲区，并立即访问stdout。也就是说，上述示例可以立即将各个字符写入stdout。

如果字符实际上写入stdout，则stdout的缓冲模式默认设置将被使用。我在标准中找不到规范，但通常情况下，当stdout连接到交互流(例如控制台)时，stdout的缓冲模式默认为_IOLBF，即在每行末尾刷新缓冲区。写入文件的默认模式通常是_IOFBF，即当写入完整的缓冲区时刷新输出。因此，向std::cout写入换行符可能会导致刷新缓冲区。

C++中的流通常设置为带有缓冲区。也就是说，向文件写入换行符通常不会立即导致输出出现(除非该字符导致缓冲区溢出并且流设置为未缓冲)。由于与stdout的同步通常是不必要的，例如当程序始终使用std::cout来写入标准输出时，但这会使输出到标准输出的速度变得相当缓慢(禁用流的缓冲区使它们变得缓慢)，因此可以禁用同步。

std::ios_base::sync_with_stdio(false);

这将禁用所有流对象的同步。对于不良实现可能没有效果，而良好的实现将启用std::cout的缓冲，从而显着提高速度，并可能还会禁用行缓冲。

一旦C++流被缓冲，就没有内置的方法让它在写入换行符时刷新。主要原因是处理行缓冲需要通过流缓冲区检查每个字符，这有效地抑制了字符的批量操作，从而导致显着的减速。如果需要，可以通过简单的过滤流缓冲器来实现行缓冲。例如：

class linebuf: public std::streambuf {
    std::streambuf* sbuf;
public:
    linebuf(std::streambuf* sbuf): sbuf(sbuf) {}
    int_type overflow(int_type c) {
        int rc = this->sbuf->sputc(c);
        this->sbuf->pubsync();
        return rc;
    }
    int sync() { return this->sbuf->pubsync(); }
};
// ...
int main() {
    std::ios_base::sync_with_stdio(false);
    linebuf sbuf(std::cout.rdbuf());
    std::streambuf* origcout = std::cout.rdbuf(&sbuf);

    std::cout << "line\nbuffered\n";

    std::cout.rdbuf(origcout); // needed for clean-up;
}

简而言之：C++标准没有行缓冲的概念，但当标准I/O从C的stdout同步时，可能会引入这一概念。

- Dietmar Kühl