Linux中I/O库函数（自学笔记）

一.I/O库概述

　　1.I/O库

　　库函数，其实就是将已写好的函数放到一个库中，供人们使用；

　　I/O库函数，其实就是负责输入（input）及输出（output）的一类函数组成的库。

　　方法是把一些常用到的函数编完放到一个文件里，供不同的人进行调用。调用的时候把它所在的文件名用#include<>加到里面就可以了。一般是放到lib文件里的。不受平台限制。

　　2.流

　　流是I/O库中一个比较重要的概念，对于标准I/O库，它们的操作都是围绕流进行的：

　　对于标准的C函数库，文件操作都是围绕着流来进行的，流是一个抽象的概念，当程序需要读取数据的时候，开启一个通向数据源的流，数据源可以是文件，内存，网络连接等；当程序需要写入数据时，开启一个通向目的地的流，如下图：

　　所以，当用标准I/O库打开或创建一个文件时，我们以使一个流与一个文件相关联。

　　当打开一个流时（使用fopen函数），标准IO函数fopen返回一个指向FILE对象的指针。该对象通常是一个结构，它包含标准IO库为管理该流所需要的所有信息，包括用于实际IO的文件描述符、指向该流缓冲区的指针、缓冲区的长度、当前缓冲区中的字符数以及出错标志等。

　　为了引用一个流，需要将FILE 指针作为参数传递给每个标准IO函数。我们称指向FILE对象的指针为文件指针。（FILE*）

　　一般在代码中使用格式 FILE *fp。

　　3.系统调用

　　定义: 应用程序通过系统调用请求操作系统的服务。

　系统中各种共享资源都由操作系统统一掌握，因此在用户程序中，凡是与资源有关的操作，都必须通过系统调用的方式向操作系统提出服务请求，由操作系统代为完成，这样可以保证系统的稳定性和安全性，防止用户进行非法操作。

　　即：各种应用程序各种请求都是面向OS的，而相应的操作，由OS控制硬件完成。

二.I/O库算法（参考链接：https://blog.csdn.net/weixin_52042488/article/details/125743762）

　　1.fopen —— fclose

　　　　　　fopen函数

　　　　FILE fopen(const char path,const char *mode);
　　　　返回值：struct_IO_FILE, 在/usr/include/libio.h可以查看其定义
　　　　这个结构体包含有：读写缓存的首地址，大小，位置指针等。
　　　　那么对于特殊的“文件”，路径有如下：
　　　　标准的输入流 stdin 0
　　　　标准的输出流 stdout 1
　　　　标准的出错流 stderr 2

　　　　　　fclose函数

　　　　调用成功返回0，失败返回EOF，并且设置errno
　　　　在该文件被关闭之前，刷新缓存中的数据。如果标准I/O库已经为该流自动分配了一个缓存，则释放此缓存。

　　2.fputs —— fgets　

　　　　　　fputs函数

　　　　char fgets(char s,int size,FILE *stream)
　　　　第一个参数：缓存，即读到那里去
　　　　第二个参数：读多少字节
　　　　第三个参数：从什么地方读
　　　　返回值：若成功则为s（缓存的地址），若已处文件尾端或者出错则为NULL

　　　　　　fgets函数

　　　　int fputs(const char* s,FILE *stream)

　　　　第一个参数：缓存，即写什么内容
　　　　第二个参数：写到哪里去
　　　　返回值：若成功则为非负值，若出错则为EOF（一个宏定义，值为-1 ）

　　3.fread —— fwrite

　　　　size_t fread(void* ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE* fp);
　　　　size_t fwrite(const void ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE fp);

　　　　功能：全缓存的读写函数

　　　　第一个参数（char*）ptr：读的存放点/写的内容
　　　　第二个参数：（size_t）size：每个读写单元内容的字节数
　　　　第三个参数：（size_t）nmemb：读写内容有多少个单元
　　　　第四个参数：（FILE*）fp：读写文件流

三.I/O库模式

　　1.字符模式

实例：Linux系统中按字符复制文件

　　　　命令：emacs mycs.c //打开空白文档

　　　　代码作用：将原文件内容按字符复制到新文件中

　　　　源代码：

 1 #include <stdio.h>
 2 int main(int argc , char *argv[] )
 3 {
 4     FILE *fps , *fpd;
 5     int ch;
 6     if(argc <3)
 7     {
 8         printf("Usage : %s <src_file> <dst_file>\n",argv[0]);//如编译格式不对报错
 9         return -1;
10     }
11     if ((fps=fopen(argv[1],"r"))==NULL)
12     {
13         perror("fopen src file");//如不存在原文件as报错
14         return -1;
15     }
16     if ((fpd=fopen(argv[2],"r"))==NULL)
17     {
18         perror("fopen dst file");//如不存在原文件as报错
19         return -1;
20     }
21     while((ch = fgetc(fps))!=EOF)
22     {
23         fputc(ch,fpd);//从原文件中取字符，输入到新文件中
24     }
25     fclose(fps);
26     fclose(fpd);
27     return 0;
28 }//yaoyu-er

　　　　编译及验证环节：

　　2.行模式

　　　　char *fgets（char *buf, int size, FILE *fp）:从fp中读取最多为一行（以\n为结尾）的字符。

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

四.文件流缓冲（参考链接：https://blog.csdn.net/superSmart_Dong/article/details/120681145）

　　每个文件流都包含有一个FILE 结构体，其中包含一个内部缓冲区。由于文件是存储在磁盘中。频繁的写磁盘耗时耗资源。通常把内容放在内存中，再把该内存中的数据一次性写入文件。缓冲方案有三种
　　1）无缓冲 _IONBUF：每次读取的字符尽快地传输到文件或者从文件中传出，例如stderr

　　2) 行缓冲 _IOLBUF：每次读取的字符写入到缓冲区中，读取到换行符时，再将缓冲区的内容传输/传出到文件，例如 stdout

　　3) 全缓冲 _IOFBUF:把全部读取的字符都写入到缓冲区,再一次性传输/传出到文件。例如文件流。

 1 #include <stdio.h>
 2  
 3 int main(){
 4     //setvbuf(stdout,NULL,_IONBUF,0);
 5     int i=10;
 6     while(i--){
 7       printf("hi ");
 8       // fflush(stdout);
 9       sleep(1);
10     }
11 }

　　上面的案例直到程序执行完都不会看见输出的信息。因为stdout是行缓冲的，而循环体中都没遇见换行符。如果打开 setvbuf 注释，把stdout设置为无缓冲，那么输出的信息是每个字符每个字符地出现。如果打开 fflush 注释，把stdout的缓冲区清除，那么缓冲区内的信息再清除时都会被输出出来。