一、问题引入
我们先来看看下面的代码：我们使用了C语言接口和系统调用接口来进行文件操作。在代码的最后，我们还使用fork函数创建了一个子进程。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
#include<string.h>int main()
{fprintf(stdout,"hello fprintf\n");const char*s="hello fputs\n";fputs(s,stdout);printf("hello printf\n");const char* ss="hello write\n";write(1,ss,strlen(ss));frok();return 0;
}代码运行结果如下：
结果没有什么问题啊？结果很正确。但是我们再来看看下面的操作：我们对其进行输出重定向。然后，查看log.txt的代码。
我们惊奇地发现，文件里面的内容和打印到显示器的内容是不一样的！我们再仔细观察，发现，C语言的函数都打印了两次，而系统调用接口只打印了一次。为什么呢？
这种现象就和fork函数以及我们下面要讲的缓冲区有关了。
二、缓冲区
2.1、什么是缓冲区
缓冲区的本质就是一段内存空间。
我们知道，内存的速度比磁盘的速度快了几个数量级。所以数据如果直接从内存写到磁盘，那么访问外设效率比较低，那就太消耗时间了。所以缓冲区的意义就是通过减少与外设的IO次数，来节省进程进行数据IO的时间。
所以C语言中就提供了缓冲区。而有了缓冲区的存在，可以提高整机效率，并提高用户的响应速度。
2.2、刷新策略
~ 立即刷新。
~ 行刷新（行缓冲）。（常见的对显示器进行数据刷新）以\n为标志
~ 满刷新（全缓冲）。（常见的对磁盘文件写入数据）
特殊情况：1、用户强制刷新（fflush） 2、进程退出
注：所有的设备，永远都倾向于全缓冲，即缓冲区满了才刷新，因为这样只需要更少的IO操作，更少次的外设访问，效率更高。
当然，我们要根据实际情况去改变刷新策略。如：显示器是直接给用户看的，一方面要照顾效率，一方面要照顾用户体验。所以显示器一般使用行刷新。
2.3、缓冲区由谁提供
从上面的例子，我们发现直接往显示器上打印的结果为4条，往文件打印的结果为7条，这跟缓冲区有关，同时这也说明了缓冲区一定不在Linux内核中，为什么？因为write是系统接口，如果在内核中，write也应该打印两次。所以缓冲区是由C标准库提供的。
我们之前所说的所有缓冲区都指的是用户级语言层面提供的缓冲区。stdout，stdin，stderr对应的类型——FILE*，FILE是一个结构体，里面封装了fd，同时还包括了一个缓冲区。
从源码出发，我们可以来看一看FILE结构体：
2.4、重看问题
有了缓冲区的概念，我们就来解释解释问题引入中的现象。
首先，我们要先知道，代码运行完了，并不代表数据已经刷新了。上面代码中，使用C语言函数的操作在执行完了后，先将数据写入了缓冲区中，并没有直接向显示器上打印。
第一次运行，没有重定向操作，就是直接向显示器打印，而显示器的刷新策略是行刷新，且每个代码后面都有\n，所以在调用fork之前，代码不仅执行完了，而且数据都已经刷新了。所以fork对结果没有影响。
第二次运行，我们有了重定向操作，于是函数就由向显示器打印变成了向磁盘文件打印。所以刷新策略也由行刷新变成了满刷新。那么\n就已经没有意义了。所以代码在运行到fork时，之前的代码虽然已经运行完成了，但是数据还没有刷新到文件中。数据还在当前进程对应的C标准库中的缓冲区中，且该数据属于父进程。
于是最后，我们fork创建了子进程。接着，父进程或子进程退出，这时数据会强制刷新出来。我们假设父进程先退出：父进程退出后，其数据强制刷新，而刷新的过程也是一种写入，所以这时，为了父子进程的数据不会相互影响，就会发生写时拷贝！这样数据就会有两份，于是父子进程各自退出时都会刷新各自的数据。（当然，如果子进程先退出也是同样的）
所以，简单总结来说：重定向导致刷新策略发生了改变（由行缓冲变成了全缓冲）。同时发生了写时拷贝，父子进程各自刷新。
三、缓冲区的简单实现
有了缓冲区的一些基本概念。我们可以自己实现一个简单的带有缓冲区的struct file。
主函数：
int main
{MyFILE* fp = fopen_("log.txt", "r");if(fp==NULL){printf("open file fail");return 0;}fputs_("hello world", fp);fclose_(fp);return 0;
}struct file
struct MyFILE_
{int fd;char buff[NUM];int end;//当前缓冲区的结尾
};typedef struct MyFILE_ MyFILE;fopen函数的简单实现
MyFILE* fopen_(const char* pathname, const char* mode)
{assert(pathname);assert(mode);MyFILE* fp = NULL;if(strcmp(mode, "w")==0){int fd = open(pathname, O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT);if(fd>0){MyFILE* fp=(MyFILE*)malloc(sizeof(MyFILE));memset(fp,'\0',sizeof(MyFILE));fp->fd = fd;}}else if(strcmp(mode, "w+")==0){}else if(strcmp(mode,"r")==0){}else if(strcmp(mode,"r+")==0){}else if(strcmp(mode,"a")==0){}else if(strcmp(mode,"a+")==0){}else {}return fp;
}fputs函数的简单实现
void fputs_(const char* message, MyFILE* fp)
{assert(message);assert(fp);strcpy(fp->buff+fp->end, message);fp->end += strlen(message);if(fp->fd==0){}else if(fp->fd==1){if(fp->buff[fp->end-1]== '\n'){write(fp->fd, fp->buff,fp->end);fp->end = 0;}}else if(fp->fd==2){}else {}
}fclose函数简单实现和fflush函数
void fclose_(MyFILE* fp)
{assert(fp);fflush_(fp);close(fp->fd);free(fp);
}void fflush_(MyFILE* fp)
{assert(fp);if(fp->end != 0){write(fp->fd, fp->buff, fp->end);syncfs(fp->fd);fp-> end = 0;}
}
