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标准I/O库

2024-07-18 14:44:00   220人阅读

标准的I/O是由ANSI C标准规定的，不仅可以在UNIX/Linux上使用，还可以在其他地方使用。
标准I/O库对应文件的操作是围绕流（stream）进行的。当用标准I/O库打开或创建文件时，便使一个流与一个文件相关联。标准I/O库的函数对于文件的描述是基于FILE对象指针的，该对象是一个结构体，包含了I/O库管理流所需要的全部信息：用于实际I/O的文件描述符、指向流缓存的指针、缓存长度、当前在缓存中的字符数、出错标志等等。

标准输入、标准输出、标准出错
和文件描述符STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO类似，标准I/O也有这三项，它们是通过预定义的指针stdin、stdout、stderr来引用的。这三个指针定义于头文件<stdio.h>。

缓冲
众所周知，I/O操作使比较耗时的。如果每次I/O操作只进行少量读或写，那么I/O操作的次数肯定会很多。缓冲的作用就是把进行I/O操作的数据先存起来，等到存到一定量时再进行实际的I/O操作。系统调用read和write是不带缓冲的，所以每次调用都会进行I/O操作。标准I/O是带缓冲的，它会对流自动进行缓冲管理。标准I/O提供以下三种缓冲：
1、全缓冲：指的是在填满I/O缓冲区后才进行实际的I/O操作。对于磁盘上的文件通常是由标准I/O实施全缓冲的。在一个流上第一次执行I/O操作时，相关标准I/O函数通常调用malloc开辟使用的缓冲区。
2、行缓冲：指的时在输入或输出遇到换行符时，标准I/O库执行实际的I/O操作。当流涉及到终端时（如标准输入、标准输出），通常使用行缓冲。
3、不带缓冲：指的是标准I/O库不对字符进行缓冲存储，直接调用系统调用。标准出错stderr通常是不带缓冲的，这样就可以使得错误信息尽快显示出来。
这里还要提到一个概念：冲洗（flush），指的是清空缓冲区，缓冲区数据进行I/O操作。调用函数fflush就可以冲洗一个流。
可以通过函数更改缓冲类型：
#include<stdio.h>
void setbuf( FILE *restrict fp, char *restrict buf);
int setvbuf( FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mod, size_t size);
冲洗流使用：
#include<stdio.h>
int fflush(FILE *fp);
如果fp为NULL，则所有输出流被冲洗。

打开流
#include<stdio.h>
FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type);
FILE *fopen(const cahr *restrict pathname, const char *restrict type, FILE *restrict fp);
FILE *fdopen(int filedes, const char *type);
关闭流
#include<stdio.h>
int fclose(FILE *fp);


读写流
流打开之后，可以在三种不同类型的非格式化I/O（还有格式化的I/O）中进行选择，对其进行读写操作：
1、每次一个字符的I/O。每次读或写一个字符，如果流是带缓冲的，则标准I/O会处理所有缓冲。
2、每次一行的I/O。如果想要一次读或写一行，使用fgets或fputs，每次都以一个换行符终止。
3、直接I/O。fread和fwrite支持这种类型的I/O。每次I/O操作读或写某种数量的对象，而这个对象具有指定的长度。这两个函数常用于从二进制的文件中每次读或写一个结构。


每次读入一个字符的I/O（函数结尾c说明每次一个字符,char）
#include<stdio.h>
int getc(FILE* fp);
int fgetc(FILE *fp);
int getchar(void);//等价于getc(stdin)
对应于上面，每个输入函数都有一个输出函数
#include<stdio.h>
int putc(int c, FILE *fp);
int fputc(int c, FILE *fp);
int putchar(int c);//等价于putchar(c,stdout);


每次一行I/O（函数结尾s说明每次一行，string)
#include<stdio.h>
char *fgets(char *restrict buf, int n, FILE *restrict fp);
char *gets(char *buf);//从标准输入读
对应于上面，每个输入函数都有一个输出函数
#include<stdio.h>
int fputs(const char *restrict str, FILE *restrict fp);
int puts(const char *str);


二进制I/O
使用二进制I/O常常一次操作一个结构。如果使用getc或puts读写一个结构，那么必须循环通过整个结构，每次循环处理一个字节，非常耗时。如果使用fputs或fgets，那么fputs/fgets遇到null字节就停止，而结构中可能含有NULL字节，不能实现读结构的要求。因此提供了两个函数执行二进制的I/O.
#include<stdio.h>
size_t fread(void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp);
size_t fwrite(const void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp);
二进制I/O的基本问题是：只能用于在同一文件系统上操作。随着网络文件系统系统的兴起，这两个函数的使用就受到限制。


格式化I/O
格式化输入的4个函数
#include<stdio.h>
int printf(const char *restrict format,……);
int fprintf(FILE *restrict fp, const char *restrict format,……);
int sprintf(char *restrict buf, const char* restrict format, ……);
int sprintf(char *restrict buf, size_t n, const char *restrict format,……);
格式化输入
#include<stdio.h>
int scanf(const char *restrict format,……);
int fscanf(FILE *restrict fp, const char *restrict format,……);
int sscanf(const char *restrict buf, const char *restrict format,……);


在UNIX系统中，标准I/O库最终都要调用文件I/O的系统调用的。每个标准I/O流都有一个与其相关联的文件描述符，可以用下面函数来获得对应的文件描述符
#incude<stdio.h>

int fileno(FILE *fp);


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