缓冲区（Buffer）又称为缓存（Cache），是内存空间的一部分。计算机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（缓存）。

缓冲区的引入

缓冲区是为了让低速的输入输出设备和高速的用户程序（CPU的执行速度）能够协调工作。

我们都知道硬盘的速度要远低于 CPU，它们之间有好几个数量级的差距，当向硬盘写入数据时，程序需要等待，不能做任何事情，就好像卡顿了一样，用户体验非常差。计算机上绝大多数应用程序都需要和硬件打交道，例如读写硬盘、向显示器输出、从键盘输入等，如果每个程序都等待硬件，那么整台计算机也将变得卡顿。

降低输入输出设备的读写次数。

我们的程序并不能直接读写硬件，它必须告诉操作系统，让操作系统内核（Kernel）去调用驱动程序，只有驱动程序才能真正的操作硬件。
从用户程序到硬件设备要经过好几层的转换，每一层的转换都有时间和空间的开销，而且开销不一定小；一旦用户程序需要密集的输入输出操作，这种开销将变得非常大，会成为制约程序性能的瓶颈。
这个时候，分配缓冲区就是必不可少的。每次调用读写函数，先将数据放入缓冲区，等数据都准备好了再进行真正的读写操作，这就大大减少了转换的次数。实践证明，合理的缓冲区设置能成倍提高程序性能。

缓冲区类型

根据缓冲区对应的是输入设备还是输出设备，可以分为输入缓冲区和输出缓冲区。
根据数据刷新（也可以称为清空缓冲区，就是将缓冲区中的数据“倒出”）的时机，可以分为全缓冲、行缓冲、不带缓冲。

全缓冲

在这种情况下，当缓冲区被填满以后才进行真正的输入输出操作。缓冲区的大小都有限制的，比如 1KB、4MB 等，数据量达到最大值时就清空缓冲区。
在实际开发中，将数据写入文件后，打开文件并不能立即看到内容，只有清空缓冲区，或者关闭文件，或者关闭程序后，才能在文件中看到内容。这种现象，就是缓冲区在作怪。

行缓冲

在这种情况下，当在输入或者输出的过程中遇到换行符时，才执行真正的输入输出操作。行缓冲的典型代表就是标准输入设备（也即键盘）和标准输出设备（也即显示器）。

  • 比如printf()使用\n刷新缓冲
  • 对于 scanf()，不管用户输入多少内容，只要不按下回车键，就不进行真正的读取。

不带缓冲

不带缓冲区，数据就没有地方缓存，必须立即进行输入输出。

getche()、getch() 就不带缓冲区，输入一个字符后立即就执行了，根本不用按下回车键。

Windows 下的 printf() 也不带缓冲区，不管最后有没有换行符\n，都会立即输出。

C语言标准

C语言标准规定，输入输出缓冲区要具有以下特征：

  • 当且仅当输入输出不涉及交互设备时，它们才可以是全缓冲的。
  • 错误显示设备不能带有缓冲区。

现代计算机已经没有了专门的错误显示设备，所有的信息都显示到一个屏幕上，这里的错误显示设备只能是计算机的显示器。上面提到的 perror() 其实就是向错误显示设备上输出信息，但是现代计算机已经把显示器作为了错误显示设备，所以 perror() 也是向显示器上输出内容。

所谓交互设备，就是现代计算机上的显示器和键盘。C标准虽然规定它们不能是全缓冲的，但并没有规定它们到底是行缓冲还是不带缓冲，这就导致不同的平台有不同的实现。

输入设备

scanf()、getchar()、gets() 就是从输入设备（键盘）上读取内容。对于输入设备，没有缓冲区将导致非常奇怪的行为，比如，我们本来想输入一个整数 947，没有缓冲区的话，输入 9 就立即读取了，根本没有机会输入 47，所以，没有输入缓冲区是不能接受的。Windows、Linux、Mac OS 在实现时都给输入设备带上了行缓冲，所以 scanf()、getchar()、gets() 在每个平台下的表现都一致。

但是在某些特殊情况下，我们又希望程序能够立即响应用户按键，例如在游戏中，用户按下方向键人物要立即转向，而且越快越好，这肯定就不能带有缓冲区了。Windows 下特有的 getche() 和 getch() 就是为这种特殊需求而设计的，它们都不带缓冲区。

输出设备

printf()、puts()、putchar() 就是向输出设备（显示器）上显示内容。对于输出设备，有没有缓冲区其实影响没有那么大，顶多是晚一会看到内容，不会有功能性的障碍，所以 Windows 和 Linux、Mac OS 采用了不同的方案：

  • Windows 平台下，输出设备是不带缓冲区的；
  • Linux 和 Mac OS 平台下，输出设备带有行缓冲区。

所谓刷新缓冲区，就是将缓冲区中的内容送达到目的地。缓冲区的刷新遵循以下的规则：

  • 不管是行缓冲还是全缓冲，缓冲区满时会自动刷新；
  • 行缓冲遇到换行符\n时会刷新；
  • 关闭文件时会刷新缓冲区；
  • 程序关闭时一般也会刷新缓冲区，这个是由标准库来保障的；
  • 使用特定的函数也可以手动刷新缓冲区，如fflush()。

清空（刷新）缓冲区

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fflush(stdout);

fflush() 是一个专门用来清空缓冲区的函数，stdout 是 standard output 的缩写，表示标准输出设备，也即显示器。整个语句的意思是，清空标准输出缓冲区，或者说清空显示器的缓冲区。

注意，Windows 平台下的 printf()、puts()、putchar() 等输出函数都是不带缓冲区的，所以不用清空。

清空输入缓冲区

没有一种既简洁明了又适用于所有平台的清空输入缓冲区的方案。只有一种很蹩脚的方案能适用于所有平台，那就是将输入缓冲区中的数据都读取出来，但是却不使用。

使用 getchar() 清空缓冲区

getchar() 是带有缓冲区的，每次从缓冲区中读取一个字符，包括空格、制表符、换行符等空白符，只要我们让 getchar() 不停地读取，直到读完缓冲区中的所有字符，就能达到清空缓冲区的效果。请看下面的代码：

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int c;
while((c = getchar()) != '\n' && c != EOF);

该代码不停地使用 getchar() 获取缓冲区中的字符，直到遇见换行符\n或者到达文件结尾才停止。
在实际开发中，大家按照下面的形式使用即可：

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#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 1, b = 2;
    char c;
    scanf("a=%d", &a);
    while((c = getchar()) != '\n' && c != EOF); //在下次读取前清空缓冲区
    scanf("b=%d", &b);
    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
   
    return 0;
}

输入示例：

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a=100↙
b=200↙
a=100, b=200

按下第一个回车键后，只有第一个 scanf() 读取成功了，第二个 scanf() 并没有开始读取，等我们再次输入并按下回车键后，第二个 scanf() 才开始读取，这就符合我们的操作习惯了。如果没有清空缓冲区的语句，按下第一个回车键后，两个 scanf() 都读取了，只是第二个 scanf() 读取失败了，让人觉得很怪异。

改变输入方式，再次尝试一下：

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a=100b=200↙
b=300↙
a=100, b=300

你看，第一次输入的多余内容并没有起作用，就是因为它们在第二个 scanf() 之前被清空了。

这种方案的关键之处在于，getchar() 是带有缓冲区的，并且一切字符通吃，或者说一切字符都会读取，不会忽略。不过这种方案有个缺点，就是要额外定义一个变量 c，对于有强迫症的读者来说可能有点难受。

使用 scanf() 清空缓冲区

scanf() 还有一种高级用法，就是使用类似于正则表达式的通配符，这样它就可以读取所有的字符了，包括空格、换行符、制表符等空白符，不会再忽略它们了。并且，scanf() 还允许把读取到的数据直接丢弃，不用赋值给变量。

请看下面的语句：
scanf(“%_[^\n]”); scanf(“%_c”);

第一个 scanf() 将逐个读取缓冲区中\n之前的其它字符，% 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。此时，缓冲区中尚有一个\n遗留，第二个 scanf() 再将这个\n读取并丢弃，这里的星号和第一个 scanf() 的星号作用相同。由于所有从键盘的输入都是以回车结束的，而回车会产生一个\n字符，所以将\n连同它之前的字符全部读取并丢弃之后，也就相当于清除了输入缓冲区。

相信很多读者都不明白这种写法，没关系，下节我们在讲解 scanf() 的高级用法时还会再解释。

我们来演示这种方案的效果：

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#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 1, b = 2;
   
    scanf("a=%d", &a);
    scanf("%*[^\n]"); scanf("%*c"); //在下次读取前清空缓冲区
    scanf("b=%d", &b);
    printf("a=%d, b=%d\n", a, b);
   
    return 0;
}

输入示例 ①：

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a=100↙
b=200↙
a=100, b=200

输入示例 ②：

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a=100b=200↙
b=300↙
a=100, b=300

相比使用 getchar()，这种方案不用额外定义一个变量，看起来更加整洁。

两种不通用、不建议的方案

以上两种清空输入缓冲区的方案是通用的，在任何平台、任何编译器、任何情景下都奏效。除此以外，有些教材和老师可能还讲解过其它的方案，常见的有两种，分别是fflush(stdin)和rewind(stdin)。

fflush(stdin)

fflush(stdin) 常用于 Windows 平台，在 VC 6.0、VS2010 等较老的编译器下确实能够清空缓冲区。

C语言标准规定，当 fflush() 用于 stdout 时，必须要有清空输出缓冲区的作用；但是C语言标准并没有规定 fflush() 用于 stdin 时的作用，编译器的实现者可以自由决定，所以它的行为是未定义的。

较老的微软编译器进行了扩展，赋予了 fflush(stdin) 清空输入缓冲区的功能，例如 VC 6.0、VS2010 等；但是，较新的微软编译器又取消了这种扩展，不再支持 fflush(stdin)，例如 VS2015、VS2017 等，在这些版本的编译器下，fflush() 是无效的。

较老的 GCC 是不支持 fflush(stdin) 的，但是最新的 GCC 又开始支持 fflush(stdin) 了。

LLVM/Clang 编译器始终不支持 fflush(stdin)。

总之，fflush(stdin) 这种不标准的写法只适用于一部分编译器，通用性非常差，所以不建议使用。如果你由于个人习惯坚持使用，请测试你的编译器是否支持。

rewind(stdin)

rewind() 函数并没有清空缓冲区的功能，但是 rewind(stdin) 偏偏在某些编译器下会导致清空缓冲区的假象，例如 VS2015、LLVM/Clang。在 GCC 下，rewind(stdin) 是没有任何效果的。