学习笔记2

## I/O库函数

- 系统调用是文件操作的基础，但是它们只支持数据块的读/写。

**I/O库函数和系统调用**

- 在Unix/Linux中，I/O库函数建立在系统调用的基础上。

- 相互关系

系统调用函数： open ()、 read ()、 write ()、 lseek ()、 close ();

I / O 库函数： fopen ()、 fread ()、 fwrite ()、 fseek ()、 fclose ()。

从中可以看出，I/O库函数的根都在对应的系统调用函数中。

- **相同与不同**

相同： I/O库函数和系统调用都

是与输入输出相关的函数。两者都可以用C语言进行编写。 I/O库函数和系统调用都需要调用底层函数来操作内核资源。

不同：

I/O库函数是标准C库提供的函数，而系统调用是操作系统提供的函数。

I/O库函数是在C语言的标准库中实现的，而系统调用是在内核中实现的。

I/O库函数是通过标准库缓冲区进行输入输出，而系统调用是通过内核缓冲区进行输入输出。

I/O库函数比系统调用更容易使用和理解，但在性能方面没有系统调用高效。

I/O库函数提供了更高级别的接口，而系统调用提供了更底层的接口。

- argc *argv

argc表示命令行参数的个数，其中包含程序名称本身；argv是一个包含了命令行参数字符串的数组指针，其中第一个元素指向程序名称本身，后面的元素指向程序的其它命令行参数。通过使用argc和argv，程序能够接收并处理从命令行传递进来的参数。

## fopen（）

- fopen（) 是C语言标准库文件操作函数之一，其主要作用是打开一个文件以供读写。它使用字符串表示模式，其中“r”表示读，“w”表示写入。其次它会返回一个指向FILE结构体的指针。

- 工作模式：

fopen (）首先发出 open (）系统调用来打开文件，以获取文件描述符编号 fd 。如果 open (）系统调用失败，则 fopen (）会返回一个 NULL 指针。否则，它会在程序的堆区中分配一个 FILE 结构体。每个 FILE 结构体均包含一个内部缓冲区 fbuf [ BLKSIZE ]，其大小通常与文件系统的 BLKSIZE 相匹配。此外，它还包含用于操作 fbuf []的指针、计数器和状态变量，存储来自 open (）的文件描述符。它将 FILE 结构体初始化并返回指向 FILE 结构体的 fp 。

**需要注意的是， FILE 结构体位于进程的用户模式映像中。这意味着对 I / O 库函数的调用是普通的函数调用，而不是系统调用**

如果任何fopen（）调用失败，程序将会终止，并且会返回一个NULL指针。

## I/O库函数的算法

- fread算法

（1）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 n = read ( fd , fbuffer , BLKSIZE )

（2）从文件流中读取指定数量的数据块（block）。

（3）将读取到的数据块缓存到指定的内存缓冲区（buffer）中，缓冲区的大小为每个数据块的大小 * 数据块数量。

（4）返回实际读取到的数据块数量，如果读取不足则返回小于指定数量的数据块数量。

（5）如果文件流指向的是文本文件，则读取的数据会被转换为字符型数据，但是在二进制文件中则会直接被以字节（byte）形式写入到缓冲区中。

- 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

- fclose算法

I/O库函数中的 fclose 算法的含义是关闭一个已打开的文件流，并将缓冲区中的数据写入文件。

1. 把文件缓冲区的内容写入文件：当打开文件时，系统为了提高文件的访问效率，将文件的内容读取到内存中形成一个输入缓冲区，同时文件的修改操作被存储到一个输出缓冲区中。当执行 fclose 函数时，系统会将输出缓冲区中尚未写入文件的内容强制写入到文件中，并且清空输入缓冲区的内容。

2. 释放文件资源：一个文件在打开时会分配一个文件描述符来标识该文件，同时也会占用一定的内存空间。当执行 fclose 函数时，系统会释放这个描述符，并清除内存中的相关信息，从而释放文件占用的资源。

## 使用I/O库函数或系统调用

fread （）依赖 read (）将数据从内核复制到内部缓冲区，然后从内部缓冲区将数据复制到程序的缓冲区。所以，它传输了两次数据。相反， read (）将数据从内核直接复制到程序的缓冲区，只复制了一次。因此，对于以 BLKSIZE 为单位的读／写数据来说， read (）本来就比 fread (）更高效，因为它只需要一个而不是两个复制操作。类似表述也适用于 write (）和 fwrite ().

需要注意，在 fread (）和 fwrite (）的一些实现中，例如在 GNU libc 库中，如果请求的大小以 BLKSIZE 为单位，它们可以使用系统调用将以 BLKSIZE 为单位的数据直接从内核传输到用户指定的缓冲区。即便如此，使用 I / O 库函数仍然需要其他的函数调。因此，在上面的例子中，使用系统调用的程序实际上比使用 I / O 库函数的程序更高效。但是，如果不是以 BLKSIZE 为单位进行读／写，那么 fread (）和 fwrite (）可能更高效。例如，如果我们坚持一次读／写一个字节， fread (）和 fwrite (）会好得多，因为它们进入操作系统内核只是为了填充或清除内部缓冲区，并不是逐字节输入。

- I/O库模式

fopen（）中的模式参数：“r” ， “w” ， “a” 分别为读，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。

截断文件：在I/O库模式中，截断文件是指在打开文件时，如果该文件已经存在，文件会被截断至指定的大小，超出部分将被删除。如果文件不存在，则会创建一个新文件。这种操作通常用于清空文件内容，或者重新指定文件大小。在Python中，可以通过使用“w”或“w+”模式来进行文件截断操作。

- 行模式I/O

char * fgets ( char * buf , int size , FILE

fp ):从fp中读取最多一行（以\n结尾）的字符字符。

int fputs ( char * buf , FILE * fp )：将 buf 中的一行写入 fp 中。

- 其他库函数