IO进程----标准IO

已于 2025-01-19 13:25:45 修改
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分类专栏： Linux 文章标签： linux
于 2025-01-14 10:13:11 首次发布
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版权

标准IO

什么是标准IO

标准IO：是在C库中定义的一组专门用于输入输出的函数

 特点：

(1) 通过缓冲机制减少系统调用，提高效率。

例如：从硬盘中读1KB文件，每次只能读1B，循环读1024

(2) 围绕流进行操作，流用FILE*来描述。

 建立ctags索引:密码1

注意：vi 用ctags 索引使用：

1) vi -t 查找名称

输入前面序号，回车。

2) 继续追踪：

将光标定位到要追踪的内容，ctrl+]

回退：ctrl+t

3）跳转到上次位置：ctrl+o

跳转到下次位置：ctrl+i

vscode:

跳转到定义：ctrl 左键

前后跳转：

ctrl alt -

ctrl shift -

(3) 标准IO默认打开三个流，stdin(标准输入)、stdout(标准输出)和stderr(标准错误)。

缓存区

全缓存：和文件相关

1. 刷新缓存区：

2. 程序正常退出

3. 强制刷新：fflush(NULL);

4. 缓存区满

行缓存：和终端相关

1. 刷新标准输出缓存的条件：

2. \n

3. 程序正常退出

4. 强制刷新 fflush(NULL)

5. 缓存区满

#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("hello wolrd");
    //printf("hello wolrd\n"); //\n不光是换行，还是刷新标准输出缓存区的条件(也就是把缓存区的内容打印到终端上)
    fflush(NULL);   //强制刷新缓存区
    while (1)
        ; //程序不会退出
    return 0;  //程序正常退出也可以刷新缓存区
}

不缓存：也就是没有缓存区，标准错误。 

练习: 计算标准输出缓存区大小 KB

方法一：利用循环输出打印展示

方法二：利用结构体指针stdout

综上：当我们每次要在终端打印数据时，并不是将数据直接发送给标准输出设备，也就是并直接发送给显示器，而是将要打印的数据先存放到缓存区，当缓冲存数据满时，或者遇到\n，或者程序结束时，或者手动刷新缓存区时，缓冲区才会把数据传输到标准输出设备中，也就是显示器中进行输出。但是全缓存不能用\n刷新缓存。

函数接口

打开文件 fopen

man 3 fopen

FILE *fopen(const char *path,const char *mode);

功能：打开文件

参数：

path：打开的文件路径

mode：打开的方式

r：只读，当文件不存在时报错，文件流定位到文件开头

r+：可读可写，当文件不存在时报错，文件流定位到文件开头

w：只写，文件不存在创建，存在则清空

w+：可读可写，文件不存在创建，存在则清空

a：追加(在末尾写),文件不存在创建，存在追加，文件流定位到文件末尾

a+：读和追加，文件不存在创建，存在追加，读文件流定位到文件开头，写文件流定位到文件末尾

注：当a+的方式打开文件时，写只能在末尾进行追加，定位操作是无法改变写的位置，但是可以改变读的位置

返回值：

成功：文件流

失败：NULL，并且会设置错误码

补充：

perror ( )用 来 将 上 一 个 函 数 发 生 错 误 的 原 因 输 出 到 标 准 设备 (stderr) 。参数 s 所指的字符串会先打印出, 后面再加上错误原因字符串。此错误原因依照全局变量errno 的值来决定要输出的字符串。 在库函数中有个errno变量，每个errno值对应着以字符串表示的错误类型。当你调用"某些"函数出错时，该函数已经重新设置了errno的值。perror函数只是将你设置的一些信息和现在的errno所对应的错误一起输出。

关闭文件 fclose

intfclose(FILE* stream);

功能：关闭文件

参数：stream：文件流

#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp;
    //1.打开文件
    //fp = fopen("test.txt", "r"); //如果不存在会错误,因为只读r模式
    fp = fopen("test.txt", "w");
    if (NULL == fp)
    {
        perror("fopen err");
        // while(1);  //标准错误不缓存，错误信息会打印
        return -1;
    }
    printf("fopen success\n");

    //2.关闭文件
    fclose(fp);
    return 0;
}

 文件读写操作：

每次读写一个字符：fgetc() 、fputc()
每次读一个字符fgetc()
int  fgetc(FILE * stream);
功能：从文件中读取一个字符,并将当前文件指针位置向后移动一个字符。
参数：stream：文件流
返回值：成功：读到的字符
       失败或读到文件末尾：EOF(-1)

每次写一个字符fputc()
int fputc(int c, FILE * stream);
功能：向文件中写入一个字符, 成功写入后文件指针会自动向后移动一个字节位置。
参数：c：要写的字符
   	  stream：文件流
返回值：成功：写的字符的ASCII
       失败：EOF(-1)
 1. 针对文件读写
#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp;
    //1.打开文件
    fp = fopen("test.txt", "r+");
    if (NULL == fp)
    {
        perror("fopen err");
        return -1;
    }
    printf("fopen success\n");

    char ch = fgetc(fp);
    printf("%d %c\n", ch, ch); //104 h

    ch = fgetc(fp);
    printf("%d %c\n", ch, ch); //101 e

    fputc('a', fp); //向文件中写个a
    fputc('b', fp); //向文件中写个b

    ch = fgetc(fp);
    printf("%d %c\n", ch, ch); //-1 EOF 因为以及到末尾了

    //2.关闭文件
    fclose(fp);
    return 0;
}

 2. 针对终端读写

#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char ch;
    ch = fgetc(stdin); //相当于getchar()
    printf("%d %c\n", ch, ch);

    fputc(ch, stdout); //相当于putchar()
    fputc(10, stdout);
    fputc('b', stdout);
    return 0;
}
 3. 补充： feof 和 ferror

int feof (FILE * stream);

功能：判断文件有没有到结尾，也就是当前所在位置后面还有没有字符。

返回：如果到达文件末尾，返回非零值。如果后面还有字符则返回0。

 int ferror (FILE * stream);

功能:检测文件有没有出错

返回：文件出错，返回非零值。如果没有出错，返回0。

 练习：cat 文件名
#include <stdio.h>
/* cat 文件名：查看文件内容，显示到终端。
   步骤：
        1.打开文件 fopen
        2.循环用fgetc获取文件内容
        3.当读到文件末尾标志EOF时结束
        4.将读取文件内容用fputc打印到终端
        5.关闭文件
*/
int main(int argc, char const *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        printf("err: %s <filename>\n", argv[0]); //提示一下正确的格式
        return -1;
    }

    //1.打开文件
    FILE *fp = fopen(argv[1], "r");
    if (NULL == fp)
    {
        perror("fopen err");
        return -1;
    }

    //2.循环用fgetc读文件，只要读到就fputc打印到终端
    char ch;
    while ((ch = fgetc(fp)) != EOF)
        fputc(ch, stdout);   //将读到字符打印到终端
  
    //3. 关闭文件
    fclose(fp);

    return 0;
}

 每次一个字符串的读写fgets()、fputs()

char *fgets(char*s,int size, FILE * stream);

功能：从文件中每次读取一行字符串

参数： s：存放字符串的地址

size：期望一次读取的字符个数

stream：文件流

返回值：成功：s的地址

失败或读到文件末尾：NULL

特性： 每次实际读取的字符个数为size-1个，会在末尾自动添加\0每次读一行，遇到\n或者到达文件末尾后不再继续读下一行，并把它存储在s所指向的字符串内。

int fputs (constchar*s, FILE * stream);

功能：向文件中写字符串

参数：s：要写的内容

stream：文件流

返回值：成功：非负整数

失败：EOF

针对终端读写：
#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    char buf[32] = "";
    //输入操作
    fgets(buf, 32, stdin); //输入hello\n,  此时buf中存入内容: hello\n\0
    printf("buf: %s\n", buf);

    fgets(buf, 32, stdin); //输入66\n,  此时buf中内容: 66\n\0o\n\0
    printf("buf: %s\n", buf);

    //输出操作
    fputs("world", stdout);
    fputs(buf, stdout);

    return 0;
}
 针对文件读写：
#include <stdio.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp;
    char buf[32] = "";

    fp = fopen("test.txt", "r+");
    if (NULL == fp)
    {
        perror("fopen err");
        return -1;
    }
    printf("fopen success\n");
    //读写操作
    fgets(buf, 32, fp); //buf:hello\n\0
    fputs(buf, stdout);

    fgets(buf, 32, fp); //buf:world\n\0
    fputs(buf, stdout);

    fgets(buf, 32, fp); //buf: 66\0ld\n\0
    fputs(buf, stdout);

    fclose(fp);
    return 0;
}
 练习： 通过fgets实现 wc -l 文件名的命令功能（计算文件行数）
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp;
    char buf[32] = "";

    if (argc != 2)
    {
        printf("err: %s <filenme>\n",argv[0]);
        return -1;
    }

    fp = fopen(argv[1], "r");
    if (NULL == fp)
    {
        perror("fopen err");
        return -1;
    }

    //循环fgets读文件, 只要读到就判断是否有\n, 如果有就累加行数
    int len = 0;
    while (fgets(buf, 32, fp) != NULL)
    {
        if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
            len++;
    }
    printf("%d %s\n", len, argv[1]);  //wc -l会少一行，因为最后一行没有换行

    fclose(fp);
    return 0;
}

 练习：

2. 实现以下练习:

题目要求：编程读写一个文件test.txt，每隔1秒向文件中写入一行录入时间的数据，类似这样：

1, 2007-7-30 15:16:42

2, 2007-7-30 15:16:43

该程序应该无限循环，直到按Ctrl-C中断程序。

再次启动程序写文件时可以追加到原文件之后，并且序号能够接续上次的序号，比如：

1, 2007-7-30 15:16:42

2, 2007-7-30 15:16:43

3, 2007-7-30 15:19:02

4, 2007-7-30 15:19:03

5, 2007-7-30 15:19:04

思路：

1. 打开文件fopen，循环往文件写内容

2. 每隔1s写入一行，sleep(1);

3. 计算文件行数,wc -l

4. 计算当前时间，转换成年月日、时分秒，time，localtime

man 2 time

time_t time(time_t *t);

如果t是空指针，直接返回当前时间。如果t不是空指针，返回当前时间的同时，将返回值赋予t指向的内存空间。

man 3 localtime

struct tm *localtime(const time_t *timep);

返回值是结构体指针，所指结构体封装着年月日时分秒

5. 字符串拼接函数：strcpy/strcat(dest, src)、sprintf、fprintf

fprintf：

格式化输出到流（stream）文件中，返回值是输出的字符数,发生错误时返回一个负值.

int fprintf( FILE *stream, const char *format, ... );

sprintf：

格式化输出发送到buffer(缓冲区)中.返回值是写入的字符数量.

int sprintf( char *buffer, const char *format, ... );

// 编程读写一个文件test.txt，每隔1秒向文件中写入一行录入时间的数据
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        printf("err: %s <filename>\n", argv[0]);
        return -1;
    }
    // 打开文件
    FILE *fp = fopen(argv[1], "a+");
    if (NULL == fp)
    {
        perror("fp err!|n");
        return -1;
    }
    // 计算行数
    char buf[32] = "";
    int len = 0;
    while (fgets(buf, 32, fp) != NULL)
    {
        if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
        {
            len++;
        }
    }
    // 循环把时间戳写入文件，1s一行
    time_t t;
    struct tm *tm;
    while (1)
    {
        time(&t);
        tm = localtime(&t); // 返回值是一个结构体指针
        fprintf(fp,"%d,%d-%d-%d-%d-%d-%d\n",++len,tm->tm_yday+1900,tm->tm_mon+1,tm->tm_mday,tm->tm_hour,tm->tm_min,tm->tm_sec);
        sleep(1);
        fflush(NULL);
    }

    return 0;
}

 二进制的读写： fread()和fwrite()

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
功能：从文件流读取多个元素(将二进制数据从文件读出)
参数：  ptr ：是一个指针，是存放数据的存储空间的起始地址，用来存放读取元素
       size ：元素大小  sizeof(元素数据类型)
       nmemb ：读取元素的个数
       stream ：要读取的文件流
返回值：成功：读取的元素的个数
       读到文件尾或失败： 0

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb,
              FILE *stream);
功能：将二进制数据写入文件
参数： ptr ：是一个指针，保存要输出数据的空间的地址。
     size ：要写入的字节数 sizeof(数据类型)
     nmemb : 要进行写入元素的个数
      strem: 目标文件流指针
返回值：成功：写的元素个数
              失败 ：-1
 针对终端读写
//针对终端
    char buf[32] = "";
  
    fread(buf, sizeof(char), 10, stdin);
    printf("printf:%s\n", buf);
    fwrite(buf, 1, 10, stdout);

 针对文件读写：
#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp;
    float arr[3] = {1.23, 2.34, 4.56};
    float data[3] = {0};

    fp = fopen(argv[1], "r+");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen err");
        return -1;
    }
    fwrite(arr, sizeof(float), 3, fp);
    //将位置指针定位到文件开头，不然上一步是写操作所以接着读的话会从末尾开始读从而什么都读不到
    rewind(fp); //定位到文件开头

     fread(data, 4, 3, fp);
    printf("%f %f %f\n", data[0], data[1], data[2]);

    return 0;
}

 其他操作：

重定向流到文件 freopen
FILE * freopen(const char *pathname,  const char *mode,  FILE* fp);
功能：将指定的文件流重定向到打开的文件中
参数：path：文件路径
     mode：打开文件的方式（同fopen）
     fp：文件流指针
返回值：成功：返回打开的文件流指针
      失败：NULL
#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("hello\n");
    //将标准输出流重定向到打开的test.txt文件中
    freopen("test.txt", "w+", stdout);
    printf("world\n");
    //将标准输出重定向到终端文件
    freopen("/dev/tty", "r+", stdout);
    printf("6666666666666666\n");

    return 0;
}

 文件定位操作
void rewind(FILE *stream);
功能：将文件位置指针定位到起始位置

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
功能：文件的定位操作
参数：stream：文件流
     offset：偏移量：正数表示向后文件尾部偏移，负数表示向文件开头偏移
     whence：相对位置：
           SEEK_SET:相对于文件开头
           SEEK_CUR:相对于文件当前位置
           SEEK_END:相对于文件末尾
返回值：成功：0
       失败：-1   
注：当打开文件的方式为a或a+时，fseek不起作用      

补充：其中SEEK_SET,SEEK_CUR和SEEK_END和依次为0，1和2.
简言之：
fseek(fp,100,0);把fp指针移动到离文件开头100字节处.
fseek(fp,100,1);把fp指针移动到离文件当前位置100字节处；
fseek(fp,-100,2)；把fp指针退回到离文件结尾100字节处。
   
long ftell(FILE *stream);
功能：获取当前的文件位置
参数：要检测的文件流
返回值：成功：当前的文件位置，出错：-1
#include <stdio.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    FILE *fp = fopen("test.txt", "w+");
    if (NULL == fp)
    {
        perror("fopen err");
        return -1;
    }
    printf("fopen success\n");

    //相当于开头位置,往后10个
    fseek(fp, 10, 0);
    fputc('a', fp);

    //相对于当前位置，往后5个
    fseek(fp, 5, 1);
    fputs("hello", fp);

    //相对于最后位置，往前1个
    fseek(fp, -1, 2);
    fputc('b', fp);

    //计算文件位置
    long l = ftell(fp);
    printf("%ld\n", l);

    return 0;
}

 总结：

 为什么用标准IO？

  1. 因为读写文件通常是大量的数据（相对于底层驱动的系统调用所实现的数据操作单位），这时，使用库函数可以大大减少系统调用的次数。
  2. 为了保证可移植性

关于缓存区：

库函数的缓冲区对于库函数，如果标准输出连到终端设备(直接输出到屏幕)，则它是行缓冲的（遇到回车换行符或者是缓冲区满了才输出）；否则（输出到文件）是全缓冲的（缓冲区填满或者是程序运行结束了才输出）。程序运行结束时，会刷新所有的缓冲区。

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