87. 입출력 버퍼

1. 키워드

입출력 버퍼
버퍼링(Buffering)

2. 입출력 버퍼 활용하기

C의 입출력 함수들은 내부적으로 입출력 버퍼를 사용하여 데이터를 처리한다.
입출력 버퍼는 겉으로 드러나지 않으며 다음과 같이 함수를 사용할 때 선언하는 변수 buffer는 입출력 버퍼가 아니다.
프로그래머 입장에서 데이터를 임시로 저장한다고 해서 버퍼라고 이름을 지은 것이다.

char buffer[100];
gets_s(buffer, sizeof(buffer));

표준 입력(키보드)은 입력되는 문자를 입력 버퍼에 저장했다가 엔터 키(\n)가 입력되면 지정된 변수(배열, 할당한 메모리)로 옮긴다.
마찬가지로 표준 출력(화면)은 출력 버퍼에 문자가 저장되었다가 특정 조건에 의해 버퍼가 비워지면 화면에 출력된다.
입출력 버퍼가 비워지는 시점은 OS나 설정에 따라 달라진다.
즉, 프로그램과 OS는 데이터를 효율적으로 처리하기 위해 입출력 버퍼를 사용한다.
만약 입출력 버퍼 없이 데이터를 1바이트씩 처리하면 입출력이 될 때마다 매번 데이터를 처리해야 되므로 CPU 사용 횟수와 메모리 접근 횟수도 많아진다.
하지만 입출력 버퍼를 사용하면 일정 크기만큼 데이터를 모아두었다가 처리하므로 그만큼 CPU를 덜 사용하고 메모리 접근 횟수도 줄어든다.
이처럼 입출력 버퍼에 데이터를 저장하는 행동을 버퍼링이라고 부른다.

이제 입출력 버퍼가 동작하는 모양을 살펴보자.
다음은 출력 버퍼의 크기를 설정한 뒤 printf로 문자열을 출력한다.

setvbuf(파일포인터, 사용자지정입출력버퍼, 모드, 크기);
설정 변경에 성공하면 0을 반환, 실패하면 0이 아닌 값을 반환

#include <stdio.h>
#include <time.h>

void delay(unsigned int sec) // 특정 시간(초)만큼 기다리는 함수
{
    clock_t ticks1 = clock();
    clock_t ticks2 = ticks1;
    while ((ticks2 / CLOCKS_PER_SEC - ticks1 / CLOCKS_PER_SEC) < (clock_t)sec)
        ticks2 = clock();
}

int main()
{
    setvbuf(stdout, NULL, _IOFBF, 10); // 출력 버퍼의 크기를 10으로 설정

    printf("Hello, world!\n");

    delay(3); // 3초간 기다림

    return 0;
}

// Hello, wor(3초 뒤 ld!까지 출력)

위의 코드를 실행해 보면 먼저 “Hello, wor”까지만 나오다가 3초가 지나면 남은 “ld!”까지 모두 출력된다.
이렇게 출력되는 이유는 setvbuf(stdout, NULL, _IOFBF, 10);과 같이 표준 출력 stdout의 출력 버퍼를 10으로 설정했기 때문이다.
따라서 printf(”Hello, world!\n”);로 출력해도 버퍼 크기 10만큼 “Hello, wor”가 출력되고 3초가 지난 뒤 버퍼가 비워져서 “ld!”까지 모두 출력된다.
setvbuf 함수의 첫 번째 인수에는 입출력 버퍼의 설정을 변경할 파일 포인터(파일 스트림)을 넣어준다.
stdin, stdout, stderr도 파일 포인터이므로 그대로 넣으면 된다.
두 번째 인수에는 입출력 버퍼로 사용할 배열(메모리)을 넣는데 NULL을 지정하면 내부적으로 버퍼 공간을 생성한다.
세 번째 인수는 버퍼링 모드이고, 네 번째 인수는 입출력 버퍼 크기이다.

1] _IOFBF

Full Buffering, 버퍼가 가득 차면 버퍼를 비운다.

2] _IOLBF

Line Buffering, \n을 만나거나 버퍼가 가득 차면 버퍼를 비운다.

3] _IONOBUF

No Buffering, 버퍼를 사용하지 않으며 입출력 버퍼로 사용할 배열(메모리)과 크기는 무시된다.

위의 코드에서는 출력 버퍼가 비워지는 시점을 조절하기 위해 특정 시간(초)만큼 기다리는 함수 delay를 만들어서 사용했다.
실제로는 입출력 버퍼가 비워지는 시점을 조절할 상황은 많지 않을 것이다.
출력 버퍼를 강제로 비우려면 다음과 같이 fflush를 사용하면 된다.

fflush(파일포인터);
성공하면 0을 반환, 실패하면 EOF(-1)를 반환

#include <stdio.h>
#include <time.h>

void delay(unsigned int sec) // 특정 시간(초)만큼 기다리는 함수
{
    clock_t ticks1 = clock();
    clock_t ticks2 = ticks1;
    while ((ticks2 / CLOCKS_PER_SEC - ticks1 / CLOCKS_PER_SEC) < (clock_t)sec)
        ticks2 = clock();
}

int main()
{
    setvbuf(stdout, NULL, _IOFBF, 10); // 출력 버퍼의 크기를 10으로 설정

    printf("Hello, world!\n");
    fflush(stdout); // 표준 출력의 출력 버퍼를 강제로 비움

    delay(3); // 3초간 기다림

    return 0;
}

// Hello, world!

앞에서는 3초가 지난 뒤에 “Hello, world!”가 모두 출력되었지만 fflush로 stdout의 출력 버퍼를 강제로 비우면 “Hello, world!”가 즉시 출력된다.

References

https://dojang.io/mod/page/view.php?id=763