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6.5 標(biāo)準(zhǔn)I/O編程

本章前面幾節(jié)所述的文件及I/O讀寫都是基于文件描述符的。這些都是基本的I/O控制，是不帶緩存的。而本節(jié)所要討論的I/O操作都是基于流緩沖的，它是符合ANSI C的標(biāo)準(zhǔn)I/O處理，這里有很多函數(shù)讀者已經(jīng)非常熟悉了（如printf()、scantf()函數(shù)等），因此本節(jié)中僅簡要介紹最主要的函數(shù)。

前面講述的系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)直接提供的函數(shù)接口。因?yàn)檫\(yùn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，Linux必須從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的請求，然后再返回到用戶態(tài)，所以應(yīng)該盡量減少系統(tǒng)調(diào)用的次數(shù)，從而提高程序的效率。

標(biāo)準(zhǔn)I/O提供流緩沖的目的是盡可能減少使用read()和write()等系統(tǒng)調(diào)用的數(shù)量。標(biāo)準(zhǔn)I/O提供了3種類型的緩沖存儲(chǔ)。

n 全緩沖：在這種情況下，當(dāng)填滿標(biāo)準(zhǔn)I/O緩存后才進(jìn)行實(shí)際I/O操作。存放在磁盤上的文件通常是由標(biāo)準(zhǔn)I/O庫實(shí)施全緩沖的。在一個(gè)流上執(zhí)行第一次I/O操作時(shí)，通常調(diào)用malloc()就是使用全緩沖。

n 行緩沖：在這種情況下，當(dāng)在輸入和輸出中遇到行結(jié)束符時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)I/O庫執(zhí)行I/O操作。這允許我們一次輸出一個(gè)字符（如fputc()函數(shù)），但只有寫了一行之后才進(jìn)行實(shí)際I/O操作。標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出就是使用行緩沖的典型例子。

n 不帶緩沖：標(biāo)準(zhǔn)I/O庫不對字符進(jìn)行緩沖。如果用標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)寫若干字符到不帶緩沖的流中，則相當(dāng)于用系統(tǒng)調(diào)用write()函數(shù)將這些字符全寫到被打開的文件上。標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)stderr通常是不帶緩存的，這就使得出錯(cuò)信息可以盡快顯示出來，而不管它們是否含有一個(gè)行結(jié)束符。

在下面討論具體函數(shù)時(shí)，請讀者注意區(qū)分以上的三種不同情況。

6.5.1 基本操作

1．打開文件

（1）函數(shù)說明。

打開文件有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，分別為：fopen()、fdopen()和freopen()。它們可以以不同的模式打開，但都返回一個(gè)指向FILE的指針，該指針指向?qū)?yīng)的I/O流。此后，對文件的讀寫都是通過這個(gè)FILE指針來進(jìn)行。其中fopen()可以指定打開文件的路徑和模式，fdopen()可以指定打開的文件描述符和模式，而freopen()除可指定打開的文件、模式外，還可指定特定的I/O流。

（2）函數(shù)格式定義。

fopen()函數(shù)格式如表6.14所示。

表6.14 fopen()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	FILE * fopen(const char * path, const char * mode)
函數(shù)傳入值	Path：包含要打開的文件路徑及文件名
函數(shù)傳入值	mode：文件打開狀態(tài)（后面會(huì)具體說明）
函數(shù)返回值	成功：指向FILE的指針失?。篘ULL

其中，mode類似于open()函數(shù)中的flag，可以定義打開文件的訪問權(quán)限等，表6.15說明了fopen()中mode的各種取值。

表6.15 mode取值說明

r或rb	打開只讀文件，該文件必須存在
r＋或r＋b	打開可讀寫的文件，該文件必須存在
W或wb	打開只寫文件，若文件存在則文件長度清為0，即會(huì)擦寫文件以前的內(nèi)容。若文件不存在則建立該文件
w+或w＋b	打開可讀寫文件，若文件存在則文件長度清為0，即會(huì)擦寫文件以前的內(nèi)容。若文件不存在則建立該文件
a或ab	以附加的方式打開只寫文件。若文件不存在，則會(huì)建立該文件；如果文件存在，寫入的數(shù)據(jù)會(huì)被加到文件尾，即文件原先的內(nèi)容會(huì)被保留
a+或a＋b	以附加方式打開可讀寫的文件。若文件不存在，則會(huì)建立該文件；如果文件存在，寫入的數(shù)據(jù)會(huì)被加到文件尾后，即文件原先的內(nèi)容會(huì)被保留

注意在每個(gè)選項(xiàng)中加入b字符用來告訴函數(shù)庫打開的文件為二進(jìn)制文件，而非純文本文件。不過在Linux系統(tǒng)中會(huì)自動(dòng)識別不同類型的文件而將此符號忽略。

fdopen()函數(shù)格式如表6.16所示。

表6.16 fdopen()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	FILE * fdopen(int fd, const char * mode)
函數(shù)傳入值	fd：要打開的文件描述符
函數(shù)傳入值	mode：文件打開狀態(tài)（后面會(huì)具體說明）
函數(shù)返回值	成功：指向FILE的指針失?。篘ULL

freopen()函數(shù)格式如表6.17所示。

表6.17 freopen()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	FILE * freopen(const char path, const char mode, FILE * stream)
函數(shù)傳入值	path：包含要打開的文件路徑及文件名
	mode：文件打開狀態(tài)（后面會(huì)具體說明）
	stream：已打開的文件指針
函數(shù)返回值	成功：指向FILE的指針失?。篘ULL

2．關(guān)閉文件

（1）函數(shù)說明。

關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)流文件的函數(shù)為fclose()，該函數(shù)將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)全部寫入到文件中，并釋放系統(tǒng)所提供的文件資源。

（2）函數(shù)格式說明。

fclose()函數(shù)格式如表6.18所示。

表6.18 fclose()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	int fclose(FILE * stream)
函數(shù)傳入值	stream：已打開的文件指針
函數(shù)返回值	成功：0 失?。篍OF

3．讀文件

（1）fread()函數(shù)說明。

在文件流被打開之后，可對文件流進(jìn)行讀寫等操作，其中讀操作的函數(shù)為fread()。

（2）fread()函數(shù)格式。

fread()函數(shù)格式如表6.19所示。

表6.19 fread()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	size_t fread(void * ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE * stream)
函數(shù)傳入值	ptr：存放讀入記錄的緩沖區(qū)
	size：讀取的記錄大小
	nmemb：讀取的記錄數(shù)
	stream：要讀取的文件流
函數(shù)返回值	成功：返回實(shí)際讀取到的nmemb數(shù)目失敗：EOF

4．寫文件

（1）fwrite()函數(shù)說明。

fwrite()函數(shù)用于對指定的文件流進(jìn)行寫操作。

（2）fwrite()函數(shù)格式。

fwrite()函數(shù)格式如表6.20所示。

表6.20 fwrite()函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	size_t fwrite(const void * ptr,size_t size, size_t nmemb, FILE * stream)

續(xù)表

函數(shù)傳入值	ptr：存放寫入記錄的緩沖區(qū)
	size：寫入的記錄大小
	nmemb：寫入的記錄數(shù)
	stream：要寫入的文件流
函數(shù)返回值	成功：返回實(shí)際寫入的記錄數(shù)目失敗：EOF

5．使用實(shí)例

下面實(shí)例的功能跟底層I/O操作的實(shí)例基本相同，運(yùn)行結(jié)果也相同（請參考6.3.1節(jié)的實(shí)例），只是用標(biāo)準(zhǔn)I/O庫的文件操作來替代原先的底層文件系統(tǒng)調(diào)用而已。

讀者可以觀察哪種方法的效率更高，其原因又是什么。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#define BUFFER_SIZE 1024 /* 每次讀寫緩存大小 */

#define SRC_FILE_NAME "src_file" /* 源文件名 */

#define DEST_FILE_NAME "dest_file" /* 目標(biāo)文件名文件名 */

#define OFFSET 10240 /* 復(fù)制的數(shù)據(jù)大小 */

int main()

{

FILE *src_file, *dest_file;

unsigned char buff[BUFFER_SIZE];

int real_read_len;

/* 以只讀方式打開源文件 */

src_file = fopen(SRC_FILE_NAME, "r");

/* 以寫方式打開目標(biāo)文件，若此文件不存在則創(chuàng)建 */

dest_file = fopen(DEST_FILE_NAME, "w");

if (!src_file || !dest_file)

{

printf("Open file errorn");

exit(1);

}

/* 將源文件的讀寫指針移到最后10KB的起始位置*/

fseek(src_file, -OFFSET, SEEK_END);

/* 讀取源文件的最后10KB數(shù)據(jù)并寫到目標(biāo)文件中，每次讀寫1KB */

while ((real_read_len = fread(buff, 1, sizeof(buff), src_file)) > 0)

{

fwrite(buff, 1, real_read_len, dest_file);

}

fclose(dest_file);

fclose(src_file);

return 0;

}

讀者可以嘗試用其他文件打開函數(shù)進(jìn)行練習(xí)。

6.5.2 其他操作

文件打開之后，根據(jù)一次讀寫文件中字符的數(shù)目可分為字符輸入輸出、行輸入輸出和格式化輸入輸出，下面分別對這3種不同的方式進(jìn)行講解。

1．字符輸入輸出

字符輸入輸出函數(shù)一次僅讀寫一個(gè)字符。其中字符輸入輸出函數(shù)如表6.21和表6.22所示。

表6.21 字符輸出函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	int getc(FILE * stream) int fgetc(FILE * stream) int getchar(void)
函數(shù)傳入值	stream：要輸入的文件流
函數(shù)返回值	成功：下一個(gè)字符失敗：EOF

表6.22 字符輸入函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	int putc(int c, FILE * stream) int fputc(int c, FILE * stream) int putchar(int c)
函數(shù)返回值	成功：字符c 失?。篍OF

這幾個(gè)函數(shù)功能類似，其區(qū)別僅在于getc()和putc()通常被實(shí)現(xiàn)為宏，而fgetc()和fputc()不能實(shí)現(xiàn)為宏，因此，函數(shù)的實(shí)現(xiàn)時(shí)間會(huì)有所差別。

下面這個(gè)實(shí)例結(jié)合fputc()和fgetc()將標(biāo)準(zhǔn)輸入復(fù)制到標(biāo)準(zhǔn)輸出中去。

/*fput.c*/

#include<stdio.h>

main()

{

int c;

/*把fgetc()的結(jié)果作為fputc()的輸入*/

fputc(fgetc(stdin), stdout);

}

運(yùn)行結(jié)果如下所示：

$ ./fput

w（用戶輸入）

w（屏幕輸出）

2．行輸入輸出

行輸入輸出函數(shù)一次操作一行。其中行輸入輸出函數(shù)如表6.23和表6.24所示。

表6.23 行輸出函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	char * gets(char s) char fgets(char s, int size, FILE * stream)
函數(shù)傳入值	s：要輸入的字符串 size：輸入的字符串長度 stream：對應(yīng)的文件流
函數(shù)返回值	成功：s 失?。篘ULL

表6.24 行輸入函數(shù)語法要點(diǎn)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	int puts(const char s) int fputs(const char s, FILE * stream)
函數(shù)傳入值	s：要輸出的字符串 stream：對應(yīng)的文件流
函數(shù)返回值	成功：s 失?。篘ULL

這里以gets()和puts()為例進(jìn)行說明，本實(shí)例將標(biāo)準(zhǔn)輸入復(fù)制到標(biāo)準(zhǔn)輸出，如下所示：

/*gets.c*/

#include<stdio.h>

main()

{

char s[80];

/*同上例，把fgets()的結(jié)果作為fputs()的輸入*/

fputs(fgets(s, 80, stdin), stdout);

}

運(yùn)行該程序，結(jié)果如下所示：

$ ./gets

This is stdin（用戶輸入）

This is stdin（屏幕輸出）

3．格式化輸入輸出

格式化輸入輸出函數(shù)可以指定輸入輸出的具體格式，這里有讀者已經(jīng)非常熟悉的printf()、scanf()等函數(shù)，這里就簡要介紹一下它們的格式，如表6.25～表6.27所示。

表6.25 格式化輸出函數(shù)1

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	int printf(const char format,…) int fprintf(FILE fp, const char format,…) int sprintf(char buf, const char *format,…)
函數(shù)傳入值	format：記錄輸出格式 fp：文件描述符 buf：記錄輸出緩沖區(qū)
函數(shù)返回值	成功：輸出字符數(shù)（sprintf返回存入數(shù)組中的字符數(shù)）失?。篘ULL

表6.26 格式化輸出函數(shù)2

所需頭文件	#include <stdarg.h> #include <stdio.h>
函數(shù)原型	int vprintf(const char format, va_list arg) int vfprintf(FILE fp, const char format, va_list arg) int vsprintf(char buf, const char *format, va_list arg)
函數(shù)傳入值	format：記錄輸出格式 fp：文件描述符 arg：相關(guān)命令參數(shù)
函數(shù)返回值	成功：存入數(shù)組的字符數(shù) 失?。篘ULL

表6.27 格式化輸入函數(shù)

所需頭文件	#include <stdio.h>
函數(shù)原型	int scanf(const char format,…) int fscanf(FILE fp, const char format,…) int sscanf(char buf, const char *format,…)
函數(shù)傳入值	format：記錄輸出格式 fp：文件描述符 buf：記錄輸入緩沖區(qū)
函數(shù)返回值	成功：輸出字符數(shù)（sprintf返回存入數(shù)組中的字符數(shù)）失?。篘ULL

由于本節(jié)的函數(shù)用法比較簡單，并且比較常用，因此就不再舉例了，請讀者需要用到時(shí)自行查找其用法。

文件I/O編程之：標(biāo)準(zhǔn)I/O編程

6.5 標(biāo)準(zhǔn)I/O編程

6.5.1 基本操作

1．打開文件

2．關(guān)閉文件

3．讀文件

4．寫文件

5．使用實(shí)例

6.5.2 其他操作

1．字符輸入輸出

2．行輸入輸出

3．格式化輸入輸出

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3．讀文件

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5．使用實(shí)例

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2．行輸入輸出

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