Antwoord.

Geschiedenis van de vraag

Invoer/uitvoerbuffering (IO buffering) is aanwezig in de programmeertaal C sinds de introductie van de standaardbibliotheek (stdio). Het werd geïntroduceerd om de prestaties van lees- en schrijfoperaties te verbeteren, omdat toegang tot schijven of apparaten een tijdsintensie activiteit is, en buffering het aantal verzoeken kan verminderen.

Probleem

Onwetendheid over hoe buffering werkt, kan leiden tot onverwachte vertragingen in invoer/uitvoer, gegevensverlies bij een onverwachte beëindiging van het programma, fouten bij het werken met meerdere threads (vooral bij stdout/stderr), en synchronisatiefouten tussen processen of systemen.

Oplossing

Wetende dat bestandsstromen gebufferd, lineair gebufferd of ongebufferd kunnen zijn, is het belangrijk om functies voor gedwongen bufferflush (fflush()) te gebruiken, bestanden correct te sluiten (fclose()), en een goede combinatie van werken met stdin, stdout en stderr te hanteren. Buffering is ook afhankelijk van het type stroom (bijvoorbeeld, stdout wordt geflusht bij het afdrukken van het karakter in een met de terminal verbonden stroom, maar niet altijd — als het een bestand is).

Voorbeeldcode:

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello");
    // sleep(10); // voor fflush is er geen output
    fflush(stdout); // geeft de buffer onmiddellijk weer op het scherm
    return 0;
}

Belangrijke kenmerken:

De standaardbibliotheek onderscheidt bufferings: volledig gebufferd, regelmatig (Line buffered), ongebufferd (Unbuffered) streams
fflush() is het belangrijkste hulpmiddel voor handmatig flushen van de buffer
stdout en stderr kunnen verschillend gebufferd worden, wat belangrijk is bij het loggen van fouten

Misleidende vragen.

Kun je erop vertrouwen dat de output van printf onmiddellijk op het scherm verschijnt?

Nee, als de output niet naar de terminal gaat, maar bijvoorbeeld naar een bestand — de regels verschijnen pas als de buffer wordt geflusht of de bufferlimiet wordt bereikt. Zelfs in de terminal kan een regel zonder niet onmiddellijk verschijnen. Gebruik fflush(stdout); voor onmiddellijke output.

Wat gebeurt er als fflush(stdin) wordt aangeroepen?

Dit is undefined behavior volgens de C-standaard. Sommige compilers/platforms kunnen de buffer van de invoerstream wissen, maar dit is niet gegarandeerd door de standaard, en deze aanpak is niet draagbaar en potentieel gevaarlijk.

Kunnen printf en fprintf(stderr, ...) als equivalent worden beschouwd voor onmiddellijke output?

Nee. Standaard uitvoer (stdout) wordt meestal volledig of regelgewijs gebufferd, stderr is volgens de standaard altijd ongebufferd. Dat wil zeggen, output naar stderr verschijnt onmiddellijk, terwijl dat bij stdout niet zo is.

Typische fouten en anti-patronen

Gebruik van fflush(stdin) om de invoerbuffer te wissen
Het negeren van de noodzaak om bestanden te sluiten
Verwachten dat de output naar stdout verschijnt zonder rekening te houden met buffering

Voorbeeld uit het leven

Negatieve casus

Een programma schrijft een logbestand via printf, maar roept fflush(stdout) niet aan en sluit het bestand niet bij een onverwachte beëindiging.

Voordelen:

Hoge schrijfsnelheid bij een groot volume aan gegevens

Nadelen:

Verlies van het laatste deel van de logs bij een fout
Moeilijkheden bij het debuggen van fouten door de verouderde status van het bestand

Positieve casus

Een programma roept na elke belangrijke logregistratie fflush(stdout) aan, of schrijft kritieke berichten naar stderr.