APUE（5）---标准I/O库 (1)

一、引言

　　标准I/O库不仅是UNIX，许多i其他操作系统都实现了标准I/O库，所以这个库由ISO C标准说明。标准I/O库处理很多细节，如缓冲区分配，以及优化的块长度执行I/O等。这使得它便于用户使用，但是如果我们不能深入了解I/O库函数的操作，也会带来一些问题。

二、流和FILE对象

　　第三章中所有I/O函数都是围绕文件描述符的。当打开一个文件是，即返回一个文件描述符，然后该文件描述符就用于后续的I/O操作。而对于标准I/O库，它们的操作是围绕流（stream）进行的，当用标准I/O库打开或创建一个文件时，我们已使一个流与一个文件相关联。标准I/O文件刘可用于单字节或款字节字符集。流的定向（stream‘s orientation）决定了所读、写的字符是单字节还是多字节的。只有两个函数可改变流的定向。freopen函数清除一个流的定向，fwide函数可用于设置流的定向。

#include <stdio.h>
#include <wchar.h>
int fuidw(FILE *fp, int mode);
//若流是款定向的，返回正值，若流是字节定向的，返回负值；若流是未定向的，返回0

　　mode参数为正值，fwide将试图使指定的流是宽定向的；mode参数为负值，将试图使指定的流是字节定向的；当mode为0，不做定向，返回标识流的定向值。需要注意两点：fwide并不改变已定向流的定向；fwide无出错返回。

三、标注输入、标准输出和标准错误

　　对一个进程预定义了3个流，他们可以自动地被进程使用，他们是：标注输入、标注输出和标准错误。这些流与第三章提到的文件描述符STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO所引用相同。这三个标准I/O流通过预定义文件指针stdin、stdout和stderr加以引用。这三个文件指针定义在头文件<stdio.h>中。

四、缓冲

　　标准I/O库提供缓冲的目的是进了能减少使用read和write调用的次数。他也对每个I/O流自动地进行缓冲管理。标准I/O库提供三种类型的缓冲：

1、全缓冲：这种情况下，在填满标准I/O缓冲区才进行实际I/O操作；对于驻留在磁盘上的文件通常是由标准I/O库事实全缓冲的。

2、行缓冲：在这种情况下，当在输入和输出中遇到换行符时，标准I/O库执行I/O操作；当流涉及到终端时，通常使用行缓冲。对于行缓冲有两个限制。第一，因为标准I/O库用来收集每一行的缓冲区的长度是固定的，所以只要填满了缓冲区，那么即使还没有写一个换行符，也进行I/O操作；第二，任何时候只要通过标准I/O库从（a）一个不带缓冲的流，或者（b）一个航缓冲的流（它从内核请求需要数据，其请求的数据可能已在缓冲区）得到输入数据，那么就会冲洗所有行缓冲输出流。

3、不带缓冲：标准I/O库不对字符进行缓冲；标准错误流stderr通常是不带缓冲的，这就是的出错信息可以尽快显示出来，而不管他们是否含有一个换行符。

　　ISO C要求下列缓冲特征：当且仅当标准输入和标准输出并不指向交互式设备时，他们才是全缓冲的；标准错误决不会是全缓冲的。大多数系统默认的是：标准错误是不带缓冲的；指向终端设备的流，则是行缓冲的，否则是全缓冲的。

　　对于任何一个给定的流，如果我们并不喜欢这些系统默认，则可调用下列两个函数中的一个更改缓冲类型：

#include <stdio.h>
void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf);
void setvbuf(FILE *restrict fp, cahr *restrict buf, int mode, size_t size);

　　setbuf函数可以打开或关闭缓冲机制。为了带缓冲进行I/O，参数buf必须指向一个长度为BUFSIZ的缓冲区，通常在此之后该流就是全缓冲的，但是如果该流与一个终端设备相关，那么某些系统也可将其设置为行缓冲的；为了关闭缓冲，将buf设置为NULL。

　　setvbuf函数可以精确地说明所需的缓冲类型。这些用mode参数实现：_IOFBF、_IOLBF、_IONBF，如果指定一个不带缓冲的流，则忽略buf和size参数；如果指定全缓冲或行缓冲，则buf和size可选择地指定一个缓冲区及长度。如果该流是带缓冲的，而buf是NULL，则标准I/O库将自动地为该流分配适当长度的缓冲区。如果在一个函数内分配一个自动变量类的标准I/O缓冲区。则从该函数返回之前，必须关闭该流。一般情况都应由系统选择缓冲区的长度并自动分配缓冲区，在这种情况下，标准I/O库自动释放缓冲区。

　　术语冲洗（flush）说明标准I/O缓冲区的写操作。缓冲区可由标准I/O例程自动地冲洗，或者可以调用函数fflush冲洗一个流。flush有两层意思：在标准I/O库方面，flush意味着将缓冲区中的内容写到磁盘上；在终端驱动程序方面，flush标识丢弃已存储在缓冲区的数据。

#include <stdio.h>
int fflush(FILE *fp);

　　次函数是该流所有威胁的数据都被传送至内核。作为一种特殊情形，如若fp是NULL，则次函数将导致所有输出流被冲洗。

五、打开流

#incldue <stdio.h>
FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type);
FILE *freopen(const char *restrict pathname. const char *restrict type, FILE *restrict fp);
FILE *fdopen(int fd, const char *type);

　　上面三个函数都可以打开一个标准的I/O流，区别是：fopen打开一个流；freopen在一个指定的流上打开一个指定的文件，如若该流已经打开，则先关闭该流。如该流已经定向，则使用freopen清除该定向。次函数一般用于将一个指定的文件打开为一个预定义的流：标准输入、标准输出和标准错误；fdopen函数娶一个已有的文件描述符，并使一个标准的I/O流与该描述符相结合。

　　type参数指定对该I/O流的读、写方式，ISO C规定参数可以有15中不同的值（r/w/a/r+/w+/a+）。需要注意的是标准I/O库是可以区分文本文件和二进制文件，因为UNIX内核并不对这两种文件进行区分，所以在UNIX系统环境下指定字符b作为type的一部分实际上并无作用。

　　当以读和写类型打开一个文件时，具有如下限制：如果中间没有fflush、fseek、fsetops或rewind，则在输出的后面不能直接跟随写入；如果中间没有fseek、fsetops或rewind，或者一个输入操作没有达到文件尾端，则在输入操作之后不能跟随输出。

　　除非流引用终端设备，否则按系统默认，该流被打开时是全缓冲的。若流引用终端设备，则该流是行缓冲的。一旦打开了流，那么在对该流执行任何操作之前，如果希望，则可使用setbuf和servbuf改变缓冲的类型。

#include <stdio.h>
int fclose(FILE *fp);

　　在该文件被关闭之前，冲洗缓冲中的输出数据，缓冲区中的任何输入数据被丢弃，如果标准I/O库已经为该流自动分配了一个缓冲区，则释放该缓冲区。当一个进程正常终止时，则所有带威胁缓冲数据的标准I/O流都被冲洗，所有打开的标准I/O流都被关闭。