《Linux应用文件编程（二） — 标准IO》
1. 标准IO
与文件IO函数相类似，标准IO库中提供的是fopen、fclose、fread、fwrite等面向流对象的IO函数，这些函数在实现时本身就要调用linux的文件IO这些系统调用。
2. 标准IO的缓冲机制
由于IO设备的访问速度与CPU的速度相差好几个数量级，为了协调IO设备与CPU的速度的不匹配，对于块设备，内核使用了页高速缓存，即数据会先被拷贝到操作系统内核的页缓存区中，然后才会从操作系统内核的缓存区拷贝到应用程序的地址空间。
当应用程序尝试读取某块数据的时候，如果这块数据已经存放在页缓存中，那么这块数据就可以立即返回给应用程序，而不需要经过实际的物理读盘操作。当然，如果数据在应用程序读取之前并未被存放在页缓存中，那么就需要先将数据从磁盘读到页缓存中去。对于写操作来说，应用程序也会将数据先写到页缓存中去，数据是否被立即写到磁盘上去取决于应用程序所采用的写操作机制：如果用户采用的是同步写机制,那么数据会立即被写回到磁 盘上，应用程序会一直等到数据被写完为止；如果用户采用的是延迟写机制，那么应用程序就完全不需要等到数据全部被 写回到磁盘，数据只要被写到页缓存中去 就可以了。在延迟写机制的情况下，操作系统会定期地将放在页缓存中的数据刷到磁盘上。与异步写机制不同的是，延迟写机制在数据完全写到磁盘上得时候不会通 知应用程序，而异步写机制在数据完全写到磁盘上得时候是会返回给应用程序的。
标准IO提供三种类型的缓冲：
全缓冲：
一般用于访问真正的磁盘文件。 C 库会为文件访问申请一块内存，只有当文件内容将缓存填满或执行行冲刷函数flush时，C库才会将缓存内容写入内核中。
行缓冲：
当在输入和输出中遇到换行符时，标准IO库执行IO操作。通常涉及到终端（例如标准输入和标准输出）使用的是行缓冲。
对于行缓冲有两个限制：
第一，因为标准IO库用来收集每一行的缓冲区的长度是固定的，所以只要填满了缓冲区，那么即使还没有写一个换行符，也进行IO操作。
第二，任何时候只要通过标准IO库要求从（a）一个不带缓存的流，或者（b）一个行缓存的流（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（因为后面读取的数据可能就是前面输出的数据）。其实第二种情况我们会经常遇到，当我们先调用printf输出一串不带换行符的字符时，执行完这条printf语句并不会立刻在屏幕中显示我们输出的数据，当我们接下来调用scanf从标准输入读取数据时，我们才看到前面输出的数据。
不带缓冲：
标准IO库不对字符进行存储。例如，如果用标准IO函数fputs写15个字符到不带缓冲的流中，则该函数很可能直接调用write系统调用将这些字符立即写到相关的文件中。标准出错流stderr是不带缓冲的，这样为了让出错的信息可以尽快的显示出来。
3. 标准IO函数
3.1 fopen函数
#include <stdio.h> FILE *fopen(const char *path, const char *mode);//mode为操作权限 //打开一个指定的文件 FILE *fdopen(int fd, const char *mode); //取一个现存的文件描述符，并使一个标准I/O流与该描述符相结合 FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream); //用于重定向输入输出流的函数，将stream中的标准输入、输出、错误或者文件流重定向为filename文件中的内容。linux下需要重定向输出很容易使用 ./程序名 >test （>>test 追加）,windows下的输入输出重定向可以使用freopen。
返回值： 成功返回一个FILE文件流指针，失败返回NULL，并且设置errno全局变量。 参数：
mode： r:以只读方式打开文件，该文件必须存在，返回的文件流指针位于文件开始 r+ :以读/写方式打开文件，该文件必须存在，返回的文件流指针位于文件开始 w:打开只写文件，若文件存在则文件长度清为零，即该文件内容会消失；若文件不存在则创建该文件 w+:打开可读/写文件，若文件存在则文件长度清为零，即该文件内容会消失；若文件不存在则创建该文件 a:以附加的方式打开只写文件。若文件不存在，则会创建该文件；如果文件存在，则写入的数据会被加到文件尾后，即文件原先的内容会被保留。 a+:以附加方式打开可读/写的文件。若文件不存在，则会创建该文件，如果文件存在，则写入的数据会被加到文件尾后，即文件原先的内容会被保留。
stream: 文件指针，通常使用标准流文件(stdin/stdout/stderr)
fdopen常用于由创建管道及网络通信通道函数返回的描述符（我们可能从 open，dup，dup2，fcntl，pipe，socket，socketpair或accept函数得到此文件描述符）。因为这些特殊类型的文件不能用fopen打开，因此必须先调用设备专用函数以获得一个文件描述符，然后再用fdopen使一个标准I/O流与该描述符相关联，形态必须和原先文件描述词读写模式相同。
对于fdopen函数，mode的参数稍有区别：1.因为该描述符已被打开，所以fdopen为写而打开并不截短该文件。2.不能用于创建文件（因为一个描述符引用一个文件，则该文件一定存在）。
例程：
fopen和fdopen函数
FILE *fp;
int fd;
if ((fp = fopen ("hello.txt", "w+")) == NULL)
printf("fopen file error\n");
return 0;}
fprintf(fp , "hello word\n");
fclose(fp);
if ((fd = open("hello.txt", O_RDWR )) == 1) {
printf("open file fail\n");
return 0;}
if ((fp = fdopen( fd , "a+")) == NULL)
printf("fdopen open\n");
return 0;
}
fprintf(fp , "linux c program");
fclose(fp);
freopen函数
freopen("test.in", "r", stdin);
程序的输入就会从标准输入流stdin转换到从文件"test.in"中输入。
freopen("test.out", "w", stdout);
程序的输出就会从原来的标准输出变成写入文件"test.out"中。
3.2 fread函数
#include <stdio.h> size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream); 返回值： 成功时fread返回的值与nmemb相等；若小于nmemb但是大于0，则可能是到了文件末尾，不够次数；若返回0，则是文件读取错误，不满一个size的大小。
所以循环读取文件的时候，while(可以判断是否大于等于0)作为条件，里面再基于feof函数判断是否到了文件末尾而退出循环。 参数： Ptr:读取的数据存储的位置 Size:读取的每个单元的大小 Nmemb：读取的单元数量 Stream：从哪个文件流读取数据
fread不能区分到达文件尾和错误，因此必须使用feof和ferror函数确定是到达文件尾，还是发生错误。
例程：
int s[10]; if (fread(s, sizeof(int), 10, fp) < 0) { perror(“fread”); return -1; }
3.3 fwrite函数
#include <stdio.h>
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
返回值：
成功时fwrite返回的值与nmemb相等；若小于nmemb表示出错，可以用perror函数查看错误原因。
参数：
prt:要写入的数据缓冲区
size：每次写入的单元大小
nmemb：写入的单元数
stream：写入到哪个文件流
例程1：
struct student { int no; char name[8]; float score; } s[] = {{ 1, “zhang”, 97}, {2, “wang”, 95}}; fwrite(s, sizeof(struct student), 2, fp);
例程2：
write.c
#include <stdio.h> #define PATH "./1.txt" typedef struct PEOPLE{ char name[10]; int age; char addr[10]; }PEOPLE; //name和addr不能用指针形式，不然用fwrite的时候，用sizeof计算会有问题，导致写入后乱码 int main(void) { FILE *fp; PEOPLE Myself; int len; Myself.age = 24; strcpy(Myself.name, "zhuangsan"); strcpy(Myself.addr, "shenzhen"); fp = fopen(PATH, "w"); if(fp == NULL) { perror("fopen:");
return 0; } //sizeof计算的是已用内存长度，如果是字符串指针，用strlen len = fwrite(&Myself, sizeof(struct PEOPLE), 1, fp); if(len < 1) { perror("fwrite:");
return 0; } return 1; }
read.c
#include <stdio.h> typedef struct PEOPLE{ char name[10]; int age; char addr[10]; }PEOPLE; #define PATH "./1.txt" int main(void) { PEOPLE Myself; FILE *fp; int len; fp = fopen(PATH, "r"); if(fp == NULL) { perror("fopen:");
return 0; } len = fread(&Myself, sizeof(struct PEOPLE), 1, fp); if(len < 1) { perror("fread:");
return 0; } printf("name = %s \r\n", Myself.name); printf("age = %d \r\n", Myself.age); printf("addr = %s \r\n", Myself.addr); return 1; }
3.4 fclose函数
#include <stdio.h>
int fclose(FILE *fp);
返回值：
成功返回0，刷新缓存，失败返回EOF，并且设置errno。
3.5 fseek函数
#include <stdio.h>
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
返回值：
重定位成功返回0，否则返回非零值
参数：
stream：文件指针
offset：指针的偏移量（该指针和文件指针不一样，该指针指的是文件内部数据）
whence：指针偏移起始位置
SEEK_SET 即0 文件开头
SEEK_CUR 即1 文件当前位置
SEEK_END 即2 文件结尾
fseek(fp,100,SEEK_SET);把fp指针移动到离文件开头100字节处
fseek(fp,100,SEEK_CUR);把fp指针移动到离文件当前位置100字节处
fseek(fp,100,SEEK_END);把fp指针退回到离文件结尾100字节处
fseek的作用：重定位文件内部的指针。
需要注意的是该函数不是重定位文件指针，而是重定位文件内部的指针，让指向文件内部数据的指针移到文件中我们感兴趣的数据上，重定位主要是这个目的。
说明：执行成功，则stream指向以whence为基准，偏移offset个字节的位置。执行失败(比方说offset偏移的位置超出了文件大小)，则保留原来stream的位置不变。
3.6 fflush函数
#include<stdio.h>
int fflush(FILE *stream);
参数:
stream就是由fopen打开的文件流
fflush函数把文件流里的所有未写出的数据立即写出。调用fclose函数隐含执行了一次fflush操作，所以不必在调用fclose之前调用fflush。
3.7 fgetc、getc和getchar函数
#include<stdio.h> int fgetc(FILE *stream); int getc(FILE *stream); int getchar();
fgetc函数从文件流里取出下一个字节并把它作为一个字符返回。当它到达文件尾或出现错误时返回EOF。
getc函数作用同fgetc一样。
getchar函数的作用相当于getc(stdin)，从标准输入里读取下一个字符。
fgetc和getc的区别：
fgetc是一个函数，而getc是一个宏。一般来说宏产生较大的代码，但是避免了函数调用的堆栈操作，所以速度会比较快。getc的参数不应当是具有副作用的表达式。宏都要避免用副作用表示式
1. 很多RISC处理器（如SUN SPARC）使用寄存器窗口重叠技术，（http://server.chinabyte.com/404/157904_1.shtml）
2.在寄存器充足的情况下，根本不需要堆栈操作，fgetc函数比getc宏更快
3. 在多线程的情况下，为了线程同步，getc和fgetc可能是相同的。
什么是副作用的表示式？
在这个程序中，z2我想算8*8，但是传入的参数是5+3,6+2,宏替换之后就变成了5+3*6+2，最后结果就成了25。
3.8 fputc、putc和putchar函数
#include<stdio.h> int fputc(int c, FILE *stream); int putc(int c, FILE *stream); int putchar(int c);
fputc函数把一个字符写到输出文件流中。返回值是写入的值，失败返回EOF。
putc函数作用同fputc函数.
putchar函数相当于putc(c,stdout)，将字符c写到标准输出文件流中。
注意：即使fgetc和fputc这些的返回值和参数都是int的，但是读取和写入都是以字符来传递的。
3.9 fgets和gets函数
#include <stdio.h> char *fgets(char *s, int n, FILE *stream); char *gets(char *s);
参数：
-
str-- 这是指向一个字符数组的指针，该数组存储了要读取的字符串。
-
n-- 这是要读取的最大字符数（包括最后的空字符）。通常是使用以 str 传递的数组长度。
-
stream-- 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要从中读取字符的流。
fgets函数把读到的字符写到s指向的字符串里，直到遇到换行符或者已经读取n-1个字符或者遇到文件尾。它会把遇到的换行符也传递到接收字符串里，再加上一个表示结尾的空字符尾0。
fgets成功完成时返回一个指向字符串s的指针，如果文件流已经到达文件尾，fgets会设置这个文件流的EOF标识并返回一个空指针。如果出现读错误，fgets返回一个空指针并设置errno。
与gets相比使用这个好处是：读取指定大小的数据，避免gets函数从stdin接收字符串而不检查它所复制的缓存的容积导致的缓存溢出问题。
gets函数从标准输入读取数据并丢弃遇到的换行符，并在接收字符串尾部加上一个null字节。警告：gets对传输字符的个数并没有限制，所以它可能会溢出自己的传输缓冲区，所以应该避免使用gets函数。
实例：
#include<string.h>
#include<stdio.h>
int main ( void )
{
FILE*stream;
char string[]="Thisisatest";
char msg[20];
stream=fopen("DUMMY.FIL","w+");
fwrite(string,strlen(string),1,stream);
fseek(stream,0,SEEK_SET);
fgets(msg,strlen(string)+1,stream);
printf("%s",msg);
fclose(stream);
return 0;
}
3.10 fputs和puts函数
#include <stdio.h>
int fputs(const char *str, FILE *stream);
int puts(const char *str);
参数：
str：这是一个数组，包含了要写入的以空字符终止的字符序列
stream：指向FILE对象的指针，该FILE对象标识了要被写入字符串的流
返回值：
函数返回值为非负整数，否则返回EOF（符号常量，其值为-1）；
成功写入一个字符串后，文件的位置指针会自动后移
fputs是一个函数，具有的功能是向指定的文件写入一个字符串（不自动写入字符串结束标记符‘\0’）。
puts()函数用来向标准输出设备（屏幕）输出字符串并换行，具体为：把字符串输出到标准输出设备，将'\0'转换为回车换行。
fputs和puts的区别：
1.puts() 只能向标准输出流输出，而 fputs() 可以向任何流输出。
2.使用 puts() 时，系统会在自动在其后添加换行符；而使用 fputs() 时，系统不会自动添加换行符。
那么这是不是意味着使用 fputs() 时就要在后面添加一句“printf("\n")；”换行呢？看情况！如果输入时使用的是 gets()，那么就要添加 printf 换行；但如果输入时用的是 fgets()，则不需要。
因为使用 gets() 时，gets() 会将回车读取出来并丢弃，所以换行符不会像 scanf 那样被保留在缓冲区，也不会被 gets() 存储；而使用 fgets() 时，换行符会被 fgets() 读出来并存储在字符数组的最后，这样当这个字符数组被输出时换行符就会被输出并自动换行。
但是也有例外，比如使用 fgets() 时指定了读取的长度，如只读取 5 个字符，事实上它只能存储 4 个字符，因为最后还要留一个空间给 '\0'，而你却从键盘输入了多于 4 个字符，那么此时“敲”回车后换行符就不会被 fgets() 存储。数据都没有地方存放，哪有地方存放换行符呢！此时因为 fgets() 没有存储换行符，所以就不会换行了。
实例：
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
int main(void)
{
int i;
char string[20];
for(i=0;i<10;i++)
string[i]='a';
string[10]='\0';
puts(string);
getch();
return 0;
}
puts输出字符串时要遇到'\0’也就是字符结束符才停止，如上面的程序加上一句 string[10]='\0';
3.11 printf、fprintf和sprintf函数
#include <stdio.h> int printf(const char *format, ...); int sprintf(const *s, const char *format, ...); int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
printf函数将输出送到标准输出流。
sprintf函数把输出加上一个结尾空字符送到字符串s中。
fprintf函数把输出输送到指定的文件流中。
format为输出格式类型，通常有以下几种常用的转换控制符:
3.12 scanf、fscanf和sscanf函数
#include<stdio.h> int scanf(const char *format, ...); int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...); int sscanf(const char *s，const char *format,. ...);
scanf系列函数使用一个格式字符串来控制输入数据的转化。
scanf函数从标准输入流中读入数据。fscanf函数从指定的文件流中读入数据。sscanf函数则从指定的字符串中读入数据。
format为输入格式类型，通常有以下几种常用的转换控制符:
用法：https://blog.csdn.net/respectableking/article/details/76478897
3.13 ftell函数、rewind函数
#include <stdio.h> long ftell(FILE *stream); void rewind(FILE *stream); rewind()函数无返回值，fseek成功返回0，ftell成功返回当前偏移量，失败返回-1，并且设置errno。
4. 例程
例1：
#include <string.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
FILE *stream;
char msg[] = "this is a test";
char buf[20];
if ((stream = fopen("DUMMY.FIL", "w+"))
== NULL)
{
fprintf(stderr,"Cannot open output file.\n");
return 1;
}
/* write some data to the file */
fwrite(msg, strlen(msg)+1, 1, stream);
/* seek to the beginning of the file */
fseek(stream, SEEK_SET, 0);
/* read the data and display it */
fread(buf, 1, strlen(msg)+1, stream);
printf("%s\n", buf);
fclose(stream);
return 0;
}
例2：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
FILE *fp1, *fp2; //流指针
char buf[1024]; //缓冲区
int n; //存放fread和fwrite函数的返回值
if(argc <=2) //如果参数错误
{
printf("请输入正确的参数\n!"); //参数错误
}
if ((fp1 = fopen(*(argv+1), "rb")) == NULL)
//以只读方式打开源文件，读开始位置为文件开头
{
printf("读源文件%s发生错误\n",*(argv+1));
return 1; //出错退出
}
if ((fp2 = fopen(*(argv+2), "wb")) == NULL)
//以只写方式打开目标文件，写开始位置为文件结尾
{
printf("打开目标文件%s失败\n",*(argv+2));
return 2; //出错退出
}
//开始复制文件，文件可能很大，缓冲一次装不下，所以使用一个循环进行读写*/
while ((n = fread(buf, sizeof(char), 1024, fp1)) > 0)
{
//读源文件，直到将文件内容全部读完*/
if (fwrite(buf, sizeof(char), n, fp2) == -1)
{
//将读出的内容全部写到目标文件中去
printf("写如文件发生错误\n");
return 3; /*出错退出*/
}
}
printf("从源文件%s读数据写入目标文件%s中完成\n",*(argv+1),*(argv+2)); //输出对应的提示
if(n == -1)
{
//如果因为读入字节小于0而跳出循环，则说明出错了*/
printf("读文件发生错误\n");
return 4; /*出错退出*/
}
fclose(fp1); /*操作完毕，关闭源文件和目标文件*/
fclose(fp2);
return 0;
}
关于换行符的一些：https://blog.csdn.net/weixin_44879687/article/details/89739899
