标准IO与文件IO详解-优快云博客

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IO学习

1、什么是IO：
2、标准IO
3、相关概念
4、标准IO相关函数
5文件IO

1、什么是IO：

I：input
O：output
输入：从键盘将数据输入到内存中
输出：从内存将数据拷贝到显示屏上
对IO更深层次的理解：
Linux下一切皆文件
输入：从文件将数据输入到内存中
输出：从内存将数据拷贝到文件中

2、标准IO

标准IO由ANSI C标准说明
（1）可以跨平台，既可以在windows下使用，又可以在Linux上使用
（2）库函数
（3）有缓冲区
（4）通过FILE指针操作，文件流指针来进行操作

3、相关概念

3.1系统调用

系统：操作系统
调用：调用函数
系统调用：调用操作系统提供的函数
官方系统调用：操作系统提供给应用程序的接口（函数）
在这里插入图片描述

3.2缓冲区

作用：减少系统调用次数
在这里插入图片描述全缓存：当缓冲区满、程序结束、强制刷新缓冲区
行缓存：当缓冲区满、程序运行结束、强制刷新缓冲区、遇到换行符时会刷新缓冲区
程序结束时
缓冲区没有满
强制刷新缓冲区
行缓存遇到换行符
不缓存：没有缓冲区直接输出
程序运行起来之后，会默认打开桑格文件，标准输入、标准输出、标准出错对应的流指针为：stdin、stdout、stderr

3.3文件

一组相关数据的有序集合
文件名：这组集合的名称
文件类型：
-：普通文件：ASCII文件和二进制文件
d：目录文件
b：块设备
c：字符设备文件
l：字符设备文件
p：管道文件
s：套接字文件（socket）

3.4流和FILE指针

3.4.1：流(stream)：字节的进进出出
3.4.2：流的分类：
文本流：数字2001对应的文本流‘2’‘0’‘0’‘1’（50 48 48 49）
3.4.3：FILE指针：每个被使用的文件都会在内存中开辟一个空间，这些信息包保存在结构体中，取名为FILE
注意：标准IO中所有的操作都是围绕流来进行的，流用FILE *来描述

4、标准IO相关函数

4.1、打开文件(文件操作步骤1)：

FILE *fopen(char *pathname, const char *mode);
函数功能：打开文件
参数1：要打开文件的路径
参数2：打开的方式
`r`：以只读的方式打开文件，文件不存在则出错
`r+`：以可读可写的方式打开文件，文件不存在则出错
`w`：以只写的方式打开文件，文件不存在则新建，文件存在则清空文件中的内容
`w+`：以可读可写的方式打开文件，文件不存在则新建，文件存在则清空文件中的内容

a：以追加的方式打开只写文件，文件不存在则新建，文件存在则追加在文件的末尾
a+：以追加的方式打开只写文件，文件不存在则新建，文件存在则追加在文件的末尾，返回值：成功返回文件流指针，失败返回NULL
在这里插入图片描述

4.2、操作文件(读/写)(文件操作步骤2)：

文件操作分为：按字符读写、按行读写、按块读写

4.2.1按字符读写

getchar()、putchar():只能从键盘输入、输出
fgetc()、fputc():既能从键盘输入、输出，也可以从文件中输入、输出

int fgetc(FILE *stream);

函数功能：从指定的流中读取一个字符
参数：fopen的返回值，已经打开的文件流指针
返回值：才成功返回督导的ASCII码值，失败OR读到文件末尾返回EOF
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn

int fputc(int c,FILE *stream)

功能：向指定的流中输出一个字符
参数1：要输出的字符
参数2：fopen的返回值,已经打开的文件流指针
返回值：成功返回写入的ASCII码值，失败返回-1
在这里插入图片描述案例：读取一个文件，将文件的内容输出到标准输出上

在这里插入图片描述案例：实现拷贝

`int feof(FILE *stream);`

函数功能：判断文件是否到达文件末尾
参数：文件流指针
返回值：非零表示到达文件末尾，为零表示未到达文件末尾
注意：feof即可判断到达文本文件的末尾，也可判断是否到达二进制文本文件的末尾

在这里插入图片描述

4.2.2按行读写

gets()、puts()
fgets()、fputs()

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

函数功能：从指定的流中读取一串字符
参数1：读到的内容的空间的首地址
参数2：读到的空间的大小
参数3：文件流指针
返回值：成功返回读到的内容空间的首地址，失败或者读到到文件末尾返回
NULL

总结：
（1）fgets读取内容时会将换行符也读入
（2）fgets最多读取到size-1
（3）fgets比gets更安全，最多读取size-1个字符
（4）fgets读取时会将换行符

int fputs(const char *s, FILE *stream);
函数功能：向指定的字符串输出一串字符
参数1：要输出的字符串的首地址
参数2：文件流指针
返回值：成功返回非负的整数，失败返回-1
在这里插入图片描述

4.2.3按块读写

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
//解释：The  function  fread()  reads  nmemb items of data,
//     each size bytes long, from the stream pointed to by
//     stream, storing them at the location given by ptr.

功能：按块读写
参数1：读到内容空间的首地址
参数2：每次读取的字节数 //size_t代表无符号整型
参数3：读取次数
参数4：要操作的文件流指针
返回值：成功返回读到的块数，失败返回-1
//假设读100个字节，每个块的大小为20，块的个数5
在这里插入图片描述
一般情况下：将size设为1， nmemb要读的大小，返回值就是实际读到的字节数

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

功能：按块写数据
参数1：要写的内容空间的首地址
参数2：块的大小
参数3：块的个数
参数4：文件流指针
返回值：成功返回写入的块数，失败返回-1
在这里插入图片描述 long ftell(FILE *stream);
函数功能：获取当前文件的位置
参数：文件流指针
返回值：成功返回当前文件的位置，失败返回-1

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
功能：获取流的位置
参数1：文件流指针
参数2：偏移量
参数3：偏移位置
SEEk_SET:文件开头
SEEK_CUR：当前位置
SEEK_END：文件末尾

4.3、关闭文件：

int fclose(FILE *stream);

参数：fclose的返回值，已经打开的文件流指针
返回值：成功返回0；失败返回EOF(-1)
注意：EOF（end of file）只能判断是否到达文件的末尾，不能判断到达二进制文件

在这里插入图片描述

5文件IO

5.1、文件IO

（1）文件描述符（非负整数）
（2）无缓冲机制
（3）系统调用
（4）一般用于设备文件的操作

5.2、文件IO的相关函数

操作文件的步骤
（1）打开文件
（2）操作文件
（3）关闭文件

5.2.1打开文件

//头文件：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

函数原型

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

参数1：文件路径
参数2：打开方式（flags）
以下参数，必选其一
O_RDONLY：只读
O_WRONLY：只写
O_RDWR：可读可写

其余的和上面的进行或运算|
O_CREAT:如果文件不存在，则新建（必须使用第三个参数）
O_EXCL：如果使用O_CREAT时文件存在，则返回错误消息。这一参数可测试文件是否存在。
O_NOCTTY：使用该参数时，若打开的是终端文件，那么该终端不会成为当前进程的控制终端
O_TRUNC：如文件已经存在，那么打开文件时先删除文件中原有数据。
O_APPEND：以追加的方式打开文件，追加在文件的末尾（文件读写位置自动指向文件的末尾）
参数3：（mode）权限（一般用8进制数表示）
返回值：成功返回文件描述符，失败返回-1
2.2关闭文件

//头文件：
#include <unistd.h>

int close(int fd);

参数：open的文件描述符文件描述符
返回值：成功返回0，失败返回-1
在这里插入图片描述文件掩码

案例：测试OS最多能打开多少个文件

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

在这里插入图片描述程序运行起来之后，三个文件已经默认打开：
标准输入
标准输出
标准出错
2.3操作文件
头文件：

#include <unistd.h>

函数原型：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

参数1：文件描述符，open函数的返回值
参数2：读到的内容空间的首地址
参数3：要读的大小
返回值：成功返回读到的字节数，0表示文件末尾，失回-1败返

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

参数1：文件描述符，open的返回值
参数2：写的内存空间的首地址
参数3：要写的大小
返回值：成功返回写入的字节数，0表示未写入，失败返回-1
案例：实现文件的拷贝

在这里插入图片描述 2.4 其它函数

void *memset(void *s, int c, size_t n);

参数1：要清零的数组或结构体的首地址
参数2：c的范围是0~255
参数3：要清零的数组或结构体的空间大小
返回值：该值返回一个指向存储区首地址的void *s类型的指针。
在这里插入图片描述注意：成功memset的返回值是数组/结构体的首地址
头文件：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

参数1：文件描述符
参数2：偏移量
参数3：偏移的位置（SEEK_SET:文件开头、SEEK_CUR：当前位置、SEEK_END：文件末尾）
在这里插入图片描述
对同一个文件进行读/写时必须是O_RDWR，要不然读到的就是乱码

什么是文件描述符：文件描述符是一个非负整数，它是一个索引值，并指向在内核	中	每个进程打开文件的记录表。当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核就向进程返回一个文件描述符；读写文件时，需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。通常一个进程启动时们都会打开3个流，标准输入（STDIN_FILENO）、标准输出（STDOUT_FILENO）和标准错误（STDERR_FILENO），这三个流分别对应文件描述符0、1和2.