2022-2023-1 20201324《信息安全系统设计与实现（上）》第9章
1 I/O库函数
系统调用是文件操作的基础，但它们只支持数据块的读/写。用户程序希望以最适合应用程序的逻辑单元读/写文件，如行、字符、结构化记录等，而系统调用不支持这些逻辑单元。I/O库函数则能够满足用户这一要求
2 I/O库函数与系统调用
在Unix/Linux中，I/O库函数建立在系统调用的基础上
- 系统调用函数：open() read() write() lseek() close()
- I/O库函数：fopen() fread() fwrite() fseek() fclose()
fopen()依赖于open()，fread()依赖于read()，等等
3 I/O库函数的算法
（1）fread算法
在第一次调用fread()时，FILE结构体的缓冲区是空的，fread()使用保存的文件描述符fd发出一个
n=read(fa, fbuffer,BLKSIZE);
系统调用，用数据块填充内部的fbuf[]。然后，它会初始化 fbuf[]的指针、计数器和状态变量，以表明内部缓冲区中有一个数据块。接着，通过将数据复制到程序的缓冲区，尝试满足来自内部缓冲区的fread()调用。如果内部缓冲区没有足够的数据，则会再发出一个read()系统调用来填充内部缓冲区，将数据从内部缓冲区传输到程序缓冲区，直到满足所需的字节数(或者文件无更多数据)。将数据复制到程序的缓冲区之后，它会更新内部缓冲区的指针、计数器等，为下一个fread()请求做好准备。然后，它会返回实际读取的数据对象数量。
在随后的每次fread()调用中，它都尝试满足来自FILE结构体内部缓冲区的调用。当缓冲区变为空时，它就会发出read()系统调用来重新填充内部缓冲区。因此，fread()一方面接受来自用户程序的调用，另一方面向操作系统内核发出read()系统调用。
（2）fwrite算法
fwrite()算法与fread()算法相似，只是数据传输方向不同。最开始，FILE结构体的内部缓冲区是空的。在每次调用fwrite()时，它将数据写入内部缓冲区，并调整缓冲区的指针、计数器和状态变量，以跟踪缓冲区中的字节数。如果缓冲区已满，则发出write()系统调用，将整个缓冲区写入操作系统内核。
（3）fclose算法
若文件以写的方式被打开，fclose()会先关闭文件流的局部缓冲区。然后，它会发出一个close(fd)系统调用来关闭FILE结构体中的文件描述符。最后，它会释放FILE结构体，并将FILE指针重置为NULL。
4 使用I/O库函数或系统调用
对于以BLKSIZE为单位的读/写数据，使用系统调用比I/O库函数更高效。
5 I/O库模式
open()中的模式参数可以指定为："r"、"w"、"a"，分别代表读、写、追加。
每个模式字符串可包含一个+号，表示同时读写，或者在写入、追加情况下，如果文件不存在则创建文件。
- "r+":表示读/写,不会截断文件。
- "w+":表示读/写,但是会先截断文件；如果文件不存在，会创建文件。
- "a+":表示通过追加进行读/写；如果文件不存在，会创建文件。
6 字符模式I/O
（1）字符模式I/O
int fgetc(FILE *fp); //get a char from fp, cast to int
int ungetc(int c, FILE *fp); //push a previously char got by fgetc() back to stream
int fput(int c, FILE *fp); //put a char to fp
注意，fgetc()返回的是整数，而不是字符。这是因为它必须在文件结束时返回文件结束符。文件结束符通常是一个整数-1,将它与文件流中的任何字符区分开。
对于fp=stdin或stdout，可能会使用c=getchar(); putchar(c)；来代替。对于运行时效来说，getchar()和putchar()通常不是getc()和 putc()的缩小版本。相反，可以将它们实现为宏，以避免额外的函数调用。
（2）字符模式
/* file copy using getc(), putc() */
#include <stdio.h>
FILE*fp,*gp;
int main(){
int c; /* for testing EoF */
fp=fopen("source.txt"，"r");
gp=fopen("target.txt"，"w");
while((c=getc(fp)) != EOF )
putc(c,gp);
fclose(fp);
fclose(gp);
}
功能：读取source.txt中的内容，写入target.txt
（3）书本习题
练习9.2
编写一个C程序。将文本文件中的字母由小写转换为大写
#include <stdio.h>
FILE *fp, *gp;
int main(int argc, char *argv[])
{
char ch;
fp = fopen("source.txt", "r");
gp = fopen("target.txt", "w");
if(fp==NULL || gp==NULL){
printf("Failed to open.\n");
return 0;
}
while ((ch = fgetc(fp)) != EOF)
{
if(ch>='a'&&ch<='z')
ch-=32;
fputc(ch,gp);
}
fclose(fp); fclose(gp);
return 0;
}
练习9.3
编写一个C程序。计算文本文件的行数
#include <stdio.h>
FILE *fp;
int main(int argc, char *argv[])
{
char ch;
int lines=0;
fp=fopen("source.txt","rb");
if(fp)
{
while((ch = fgetc(fp)) != EOF)
{
if(ch=='\n')
lines++;
}
printf("%d\n",lines);
fclose(fp);
}
return 0;
}
一开始我的运行结果是0，后来发现是因为写成了while(ch = fgetc(fp) != EOF) ，没有给ch = fgetc(fp) 加括号，导致结合的优先级出现错误
（4）行模式I/O
char *fgets(char *buf, int size,FILE*fp) ：从fp中读取最多为一行（以\n结尾）的字符。
int fputs(char *buf,FILE*fp) ：将buf中的一行写人fp中。
#include <stdio.h>
FILE *fp,*gp;
char buf[256];
char *s="this is a string";
int main(){
fp = fopen("sre","r");
gp = fopen("dest","w");
fgets(buf,256,fp); // read a line of up to 255 chars to buf
fputs(buf,gp); // write line to destination file
}
（5）格式化I/O
①格式化输入:(FMT=格式字符串)
scanf(char*FMT, &items); // from stdin
fscanf(fp,char *FMT, &items); // from file stream
②格式化输出:
printf(char *FMT, items); // to stdout
fprintf(fp,char *FMT, items); // to file stream
（6）内存中的转换函数
sscanf(buf，FMT,&items); // input from buf[ ] in memory
sprintf(buf,FMT,items); // print to buf[ ] in memroy
sscanf和sprintf并非I/O函数，而是内存中的数据转换函数
（7）其他I/O库函数
- fseek()、ftell()、rewind()：更改文件流中的读/写字节位置。
- feof()、ferr()、fileno()：测试文件流状态。
- fdopen()：用文件描述符打开文件流。
- freopen()：以新名称重新打开现有的流。
- setbuf()、setvbuf()：设置缓冲方案。
- popen()：创建管道，复刻子进程来调用sh。
7 文件流缓冲
- 无缓冲
- 行缓冲
- 全缓冲
通过fopen()创建文件流之后，在对其执行任何操作之前，用户均可发出一个
setvbuf(FILE *stream, char *buf, int node, int size)
调用来设置缓冲区(buf)、缓冲区大小(size)和缓冲方案(mode)，它们必须是以下一个宏: - IONBUF：无缓冲
- IOLBUF：行缓冲
- IOFBUF：全缓冲
此外，还有其他的setbuf()函数，是setvbuf()的变体。对于行缓冲流或全缓冲流，可用fflush(stream)立即清除流的缓冲区。
运行后报错。照网上教程添加头文件后成功运行
8 变参函数
目前，C语言和C++会强制执行类型检查，但这两种语言仍然允许参数数量可变的函数。这些函数必须至少使用一个参数进行声明，后跟3个点，如
int func(int m, int n ...) //n = last specified parameter
在函数内部，可以通过C语言库宏访问参数:
void va_start(va_list ap,last); // start param list from last parameter
type va_arg(va_list ap, type); // type = next parameter type
va_end(va_list ap); // clear parameter list
