C标准I/O库
标准I/O库
（带缓冲的，库函数，针对FILE*文件指针，高级输入输出）
1. 流和FILE对象
标准输入输出库的操作围绕流（stream）进行，标准I/O库打开或创建一个文件时，已使一个流与一个文件相关联。标准I/O库适用于单字节和多（宽）字节字符集。流的定向(stream’s orienta)决定了所读，所写的字符是单字符还是多字符。
当一个流最初创建时，它没有定向。若在未定向的流上使用一个多字节I/O函数（<wchar.h>），则将该流的定向设置为宽定向，若是使用单字节I/O函数，则该流的定向设置为单字节定向的。
freopen函数清除一个流的定向，fwide函数设置流的定向。
#include <stdio.h>
#include <wchar.h>
int fwide(FILE *fp, int mode);
返回值：若流是宽定向的返回正直，若流单字节定向返回负值，若流未定向返回0
mode:
负值：fwide试图使指定的流为单字节定向的。
正值：….宽字节定向的。
0： fwide将不试图设置流的定向，但返回标识该流的值。
注意：fwide不改变已定向流的定向，无出错返回。
FILE对象是一个结构体：包含标准I/O库为管理该流所需要的所有信息：用于实际I/O的文件描述符，指向用于该流缓冲区的指针，缓冲区长度，当前在缓冲区中的字符数以及出错标志等等。
<stdio.h>中定义了三个文件指针，stdin,stdout, stderr:标准输入，标准输出，标准出错，与文件描述符STDIN_FILENO,STDOUT_FILENO,STDERR_FILENO所引用文件相同。
2. 缓冲
目的：尽可能减少调用read和write的次数。也对每个I/O流自动进行缓冲管理，从而避免应用程序需要考虑这一点带来的麻烦。
有三种缓冲类型：
(1) 全缓冲：在填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作。
对于驻留在磁盘上的文件通常由I/O库实施全缓冲。在一个流上第一次I/O操作时，相关标准I/O函数通常调用malloc获得所需要的缓冲区。
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例程自动冲洗（如缓冲区已满），或由函数fflush冲洗一个流。
flush两种含义：（1）标准I/O库方面，flush(冲洗)意味着将缓冲区的内容写到磁盘上（缓冲区可能未满）。（2）在终端驱动程序方面（如tcflush函数），flush(刷请)表示丢弃已存储在缓冲区的数据。
（2）行缓冲：在输入输出遇到换行符时，标准I/O库执行I/O操作。
这允许一次输出一个字符（fputc函数），但只有在写了一行之后才进行实际I/O操作。
当流涉及到一个终端时（标准输入输出），通常行缓冲。
行缓冲限制：（1）由于标准I/O库每一行缓冲区的长度是固定的，当缓冲区满时，即使没有一个换行符，也进行I/O操作。（2）任何时候只用通过标准I/O库，要求从a：一个不带缓冲的流，或b:一个行缓冲的流（它要求从内核得到数据）得到输入数据，那么就会造成冲洗所有行缓冲输出流。
b中括号说明的原因是所有的数据可能已在该缓冲区中，它不要求需要数据时才从内核读数据。a中要求当时从内核得到数据。
（3）不带缓冲。标准I/O库不对字符进行缓冲存储。就是缓冲区长度为1。
标准出错流stderr通常不带缓冲，这使出错信息尽快显示出来，而不管它们是否有一个换行符。
ISO C要求：
（1） 当且仅当标准输入和标准输出不涉及交互式设备时，它们才是全缓冲。
（2） 标准出错却不会是全缓冲。
很多系统默认：
（1） 标准出错不带缓冲。
（2） 若是涉及到终端设备的其它流，则它们是行缓冲的，否则是全缓冲的。
更改缓冲区类型：
#include<stdio.h>
void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf);
int servbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);
返回值：成功0，出错非0值
setbuf函数打开或关闭缓冲机制。
带缓冲I/O：buf指向一个长度为BUFSIZ（<stdio.h>中）缓冲区。通常之后该流是全缓冲的，但如果该流与一个终端设备相关，某些系统也可将其设置为行缓冲。
关闭缓冲：buf设为NULL。
setvbuf精确指定所需缓冲区类型。
mode: _IOFBF 全缓冲
_IOLBF 行缓冲：
_IONBF 不带缓冲
不带缓冲：忽略buf和size。
全缓冲或行缓冲：buf和size指定一个缓冲区及其长度。
流带缓冲：buf=NULL,则标准I/O库将自动的为该流分配适当长度（常量BUFSIZ指定）缓冲区。
强制冲刷一个流：
#include <stdio.h>
int fflush(FILE *fp);
返回值：成功0，出错EOF
此函数将该流所有未写的数据送至内核。当fp=NULL，导致所有流被冲洗。
3. 打开流
#include <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 filedes, const char *type);
返回值：成功文件指针，出错NULL
区别：
（1） fopen打开一个指定流。
（2） freopen在一个指定流上打开一个指定的文件，若该流已经打开，则先关闭该流。若该流已经定向，则freopen清除该定向。
此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，标输出，标准出错。
（3） fdopen获取一个现有的文件描述符，并使一个标准的I/O流与该描述符相结合。仅有POSIX.1有此函数，ISO C 没有。
此函数常用于创建管道和网络通信通道函数返回的描述符。
调用fclose关闭一个打开的流
#include <stdio.h>
int fclose(FILE *fp);
返回值：成功0，出错EOF
在文件被关闭之前，冲洗缓冲区的输出数据，丢弃缓冲区的任何输入数据。若标准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。
当进程正常终止时（直接调用exit函数或从main返回），所有带未写缓冲数据的标准I/O流都会被冲洗，所有打开的标准I/O流都会被关闭。
4. 非格式化I/O
4.1. 每次一个字符的I/O
一次读或写一个字符，如果流带缓冲的，则标准I/O函数会处理所有缓冲。
一次读一个字符
#include<stdio.h>
int getc(FILE*fp);
int fgetc(FILE*fp);
int getchar(void);
返回值：成功返回下一个字节，若已达文件结尾或出错返回EOF
getchar() = getc(stdin);
getc()可被实现为宏，参数不应当是具有副作用的表达式。
fgetc不能为宏，一定是一个函数，可以得到其地址。
调用fgetc时间可能长于调用getc，函数调用时间通常长于宏。
EOF是一个负值，通常为-1，因此返回值类型为int，不能为无符号。
由于出错或到达文件结尾都返回EOF,可以调用ferror和feof加以区分：
#include <stdio.h>
int ferror(FILE *fp);
int feof(FILE *fp);
返回值：条件为真非0值，否则0
void clearerr(*fp);
大多数实现中，每个流的FILE对象维持两个标志：
（1）出错标志。
（2）文件结束标志。
clearerr清除这两个标志。
ungetc将字符再压送回流中。
#include <stdio.h>
int ungetc(int c, FILE *fp);
返回值：成功c,出错EOF
一次输出一个字符
#include <stdio.h>
int putc(int c, FILE *fp);
int fputc(int c, FILE *fp);
int putchar(int c);
返回值：成功c，出错EOF
putchar(c)=putc(c,stdout),putc可为宏，fputc为函数。
4.2. 每次一行的输入输出
每次读取一行
#include <stdio.h>
char *fgets(char *restrict buf, int n, FILE*fp);
char *gets(char *buf);
返回值：成功返回buf,已达文件结尾或出错返回NULL
fgets():必须指定缓冲区长度n，一直读到下一个换行符为止，但不超过n-1个字符。
若该行（包括最后一个换行符）字符数超过n-1,只返回一个不完整的行，但是缓冲区总是以null结尾，对fgets的下一次调用会继续读该行。
特点：（1）读取换行符到缓冲区。（2）缓冲区结尾总是自动添加null字符。
gets():不推荐使用函数，它不能指定缓冲区长度，可能造成缓冲区溢出，写到缓冲区之后的空间，造成不可预料的结果。并且不将换行符存入缓冲区。所以应该使用fgets（）函数。
每次输出一行
#include <stdio.h>
int fputs(const char *str, FILE *fp);
int puts(const char *str);
返回值：成功非负值，出错EOF
fputs():将一个null终止的字符串写到指定的流，尾端null不写出。不一定要每次输出一行，因为不要求null之前一定是换行符。
puts():将一个null终止的字符串写到标准输出，null不写出。然后再写一个换行符到标准输出。
puts不像gets那样不安全，但我们应该避免使用，以免需要记住它在最后是否添加了一个换行符。应总是使用fgets和fputs，因为我们总是自己要处理换行符。
5. 二进制I/O
#include <stdio.h>
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *fp);
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *fp);
返回值：读或写的对象数
常用法：
（1）读或写一个二进制数组。
将一个浮点数组第2-5个元素写至一个文件上：
float data[10];
if (fwrite(&data[2], sizeof(float), 4, fp) != 4) {
err_sys(“fwrite error”);
}
ptr:&data[2]起始读取数据的地址
size:sizeof(float)以多大为一个单位
nobj:4要写的个数
FILE*:fp要写的位置
（3） 读或写一个结构。
struct {
short count;
long total;
char name[NAMESIZE];
} item;
if (fwrite(&item, sizeof(item), 1, fp) != 1){
err_sys(“fwrite error”);
}
使用二进制I/O的基本问题：它只能用于读同一个系统已写的数据。由于同一结构中同一成员在不同机器上偏移量不同，机器大小端问题。
6. 定位流
三种方法定位标准I/O流：
（1）ftell和fseek：都假定文件的偏移量可以存放在一个长整型中。
#include <stdio.h>
long ftell(FILE *fp);
返回值：成功返回当前文件位置指示，出错-1L
int fseek(FILE *fp, long offset, int whence);
返回值：若成功0，出错非0
void rewind(FILE *fp);
返回值：成功0，出错非0
(2) ftello和fseeko函数：SUS引入的，可以是文件偏移量不必是长整型
用off_t(可长于32位)代替长整型。
除了offset的类型是off_t而非long，ftello与ftell相同，fseeko与fseek相同。
#include <stdio.h>
off_t ftello(FILE*fp);
返回值：成功返回当前文件位置指示，出错返回-1
int fseeko(FILE *fp, off_t offset, int whence);
返回值：成功0，出错非0
（3）fgetpos和fsetpos函数：ISO C引入，使用抽象数据类型fpos_t记录文件位置。这种数据类型可以定义为记录一个文件位置所需的长度。
#include <stdio.h>
int fgetpos(FILE *fp, fops_t *pos);
int fsetpos(FILE *fp, const fops_t *pos);
返回值：成功0，出错非0
fgetpos将文件位置指示器当前值存入pos指向的对象中。在以后调用fsetpos时可以使用此值将流重定位至此位置。
7. 格式化I/O
7.1. 格式化输出
#include <stdio.h>
int printf(const char *format, …);
int fprintf(FILE *fp, const char *format, …);
返回值：成功返回输出字符数，出错返回负值
int sprintf(char *buf, const char *restrict format, …);
int snprintf(char *buf, size_t n, const char format, …);
返回值：成功返回存入数组中字符数，出错返回负值
sprintf和snprintf都会在数组末尾自动添加一个null字节，该字节不包括返回值中。
sprintf可能会造成buf溢出。应使用snprintf超过缓冲区尾端写的字符会被丢弃，若缓冲区足够大snprint返回写入缓冲区的字符数。若返回值小于n，没有截短。若发生一个编码错误，返回负值。
4个sprintf变体，用arg取代可变参数表（…）；
#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
int vprintf(const char format, va_list arg);
int vfprintf(FILE *fp, const char *format, va_list arg);
返回值：成功返回输出字符数，出错返回负值
int vsprintf(char *buf, const char *format, va_list);
int vsnprintf(char *buf, size_t n, const char *format, va_list arg);
返回值：成功返回存入数组字符数，编码出错返回负值
7.2. 格式化输入
三个scanf函数
#include <stdio.h>
int scanf(const char format, …);
int fscanf(FILE *fp, const char *format, …);
int sscanf(const char *buf, const char *format, …);
返回值：指定的输入项数，若输入出错或在任意变换前已达到文件结尾则返回EOF
三个变体：
#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
int vscanf(const char *format, va_list arg);
int vfscanf(FILE *fp, const char *fomat, va_list arg);
int vsscanf(const char *buf，const char *format, va_list arg);
返回值：指定的输入项数，若输入出错或在任一变换前已达到文件结尾则返回EOF
8. 实现细节
在UNIX中标准I/O库最终都要调用系统调用的I/O例程（文件I/O中read，write等）。
每个标准I/O流都有一个与其相关的文件描述符，可以对一个流调用fileno函数获取描述符。
#include <stdio.h>
int fileno(FILE *fp);
返回值：与该流相关联的文件描述符
函数不是ISO C标准部分，是POSIX.1支持的扩展。
9. 临时文件
ISO C标准I/O库：
#include <stdio.h>
char *tmpnam(char *ptr);
返回值：指向唯一路径名的指针。
FILE *tmpfile(void);
返回值：成功返回文件指针，出错返回NULL
