APUE 学习笔记(四) 标准I/O库
1.流与FILE对象
unix I/O系统调用都是针对文件描述符的
标准C的I/O函数都是针对流(文件指针)的，我们使用一个流与一个文件相关联
2.缓冲
标准I/O库提供缓冲的目的就是尽可能减少read和write系统调用的使用次数
标准I/O提供三种类型的缓冲：
(1) 全缓冲：在填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作，磁盘上的文件通常是全缓冲，第一次I/O操作时调用malloc获得需要使用的缓冲区
(2)行缓冲：输入输出遇到换行符时，标准I/O库执行I/O操作。涉及终端时(标准输入和标准输出)通常使用行缓冲
标准I/O库用来收集每一行的缓冲区的长度是固定的，只要填满了缓冲区，就一定会进行I/O操作
(3)不带缓冲：标准出错流stderr通常是不带缓冲的，这使得出错信息可以尽快显示出来
setbuf setvbuf
使用标准I/O的一个优点就是无需考虑缓冲以及最佳I/O长度的选择
3.二进制I/O
(1)读或写一个二进制数组，例如，将一个浮点数组的第2-5个元素写至一个文件
float data[10]; fwrite(&data[2], sizeof(data[0]), 4, fp);
(2)读或写一个结构体
struct { short count; long total; char name[NAMESIZE]; } item; fwrite(&item, sizeof(item), 1, fp);
4.测试I/O性能
#include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <assert.h> #define BUFSIZE 1 //#define BUFSIZE 8 //#define BUFSIZE 64 //#define BUFSIZE 256 //#define BUFSIZE 1024 //#define BUFSIZE 4096 //#define BUFSIZE 9182 int main(int argc, char* argv[]) { char buf[BUFSIZE]; int nbytes = 0; /* unix read version */ /* while ((nbytes = read(STDIN_FILENO, buf, BUFSIZE)) > 0) { if (write(STDOUT_FILENO, buf, nbytes) != nbytes) { fprintf(stderr, "write error\n"); } } if (nbytes< 0) { fprintf(stderr, "read error\n"); } */ /* std c I/O version */ int c; while ((c = fgetc(stdin)) != EOF) { if (fputc(c, stdout) == EOF) { fprintf(stderr, "fputc error\n"); } } if (ferror(stdin)) { fprintf(stderr, "fgetc error\n"); } return 0; }
我们查看程序的测试文本： stat test.txt
得知：该测试文件为 259，546，640Byte， I/O块大小为 4096字节
| BUFSIZE | 用户CPU时间 | 系统CPU时间 | 时钟时间 | 系统调用数 |
| 1 | 30.302 | 555.702 | 588.962 | 259，546，640 |
| 8 | 3.672 | 71.468 | 75.741 | 32，443，330 |
| 64 | 0.460 | 9.165 | 9.877 | 4，055，417 |
| 256 | 0.108 | 2.600 | 3.011 | 1，013，854 |
| 1024 | 0.052 | 1.020 | 1.889 | 253，464 |
| 4096 | 0.016 | 0.512 | 1.649 | 63，366 |
| 9182 | 0.000 | 0.596 | 1.735 | 31，683 |
| fgetc fputc | 7.604 | 0.380 | 8.001 |
(1) BUFSIZE直接决定了 系统调用数，所以使用unix I/O的关键在于选取最合适的缓冲区长度
(2)当BUFSIZE等于 文件 I/O块大小时，系统CPU时间出现最小值，继续增加缓冲区长度对此时间几乎没有影响
(3)fgetc fputc标准I/O自行管理缓冲区，但是其时间都大于 unix I/O最佳缓冲区时的时间值，使用标准I/O库时，系统会自动选取一个最佳I/O长度
一般依据文件的I/O块大小值，但是因为标准I/O的内部缓冲 和 unix I/O最佳缓冲区长度相等时，标准I/O库中有一个 外存文件==> FILE内部缓冲 ==> 应用缓冲，
而Unix I/O 是直接 外存文件 ==> 应用缓冲， 两者虽然系统调用数相同，但是 标准I/O多了缓冲的操作，所以效率较低
