linux系统编程 -- 标准io-优快云博客

相关概念

1. **标准I/O的概念**：
- 标准I/O是由Dennis Ritchie在1975年为C语言设计的一套库，它是ANSI C标准的一部分。
- 标准I/O提供了一组函数，用于简化文件I/O操作，包括输入和输出。

2. **标准I/O的头文件**：
- `stdio.h`是标准I/O库的头文件，它包含了进行输入输出操作所需的函数声明。

3. **文件的概念和作用**：
- 在Linux操作系统中，一切都是文件，包括设备文件、普通文件等。
- 文件用于存储数据和指令。

4. **Linux中文件的类型**：
- Linux文件系统支持多种类型的文件，包括：
- 普通文件（-）
- 目录（d）
- 符号链接（l）
- 管道（p）
- 套接字（s）
- 字符设备文件（c）
- 块设备文件（b）

5. **标准I/O的缓存机制**：
- 标准I/O通常使用缓存机制来提高文件I/O的效率，减少系统调用的次数。

### 缓冲机制类型：

1. **行缓冲（Line Buffering）**：
- 主要用于终端（如控制台）的`stdout`输出。
- 缓冲区大小通常为1KB。
- 刷新条件：
- 遇到换行符`\n`时自动刷新。
- 缓冲区满时自动刷新。
- 程序结束时自动刷新。
- 通过`fflush(stdout);`手动刷新。

2. **全缓冲（Full Buffering）**：
- 主要用于文件读写操作。
- 缓冲区大小通常为4KB（4096字节）。
- 刷新条件：
- 缓冲区满时自动刷新。
- 程序结束时自动刷新。
- 通过`fflush(fp);`手动刷新，其中`fp`是指向文件的指针。

3. **无缓冲（Unbuffered）**：
- 主要用于错误信息的输出，如`stderr`。
- 不对数据进行缓存，直接输出。
- 通常用于紧急或错误信息的输出，以确保信息能够立即显示。

### 缓冲区的刷新：

- **自动刷新**：在特定条件下（如行缓冲遇到`\n`，全缓冲区满），缓冲区会自动刷新。
- **手动刷新**：通过调用`fflush`函数，可以手动清空缓冲区，确保数据立即输出。

### 缓冲区大小的设置：

- 缓冲区的大小通常是固定的，但某些实现可能允许通过特定的函数或方法来调整缓冲区的大小。

### 应用场景：

- **行缓冲**：适用于需要即时反馈的人机交互场景，如命令行工具的输出。
- **全缓冲**：适用于文件读写操作，可以提高I/O效率。
- **无缓冲**：适用于错误处理，确保错误信息能够立即输出，不丢失。

### 调试和测试：

- 使用工具如`gdb`可以查看`FILE`结构体的状态，了解缓冲区的使用情况。
- 通过写入数据并观察其输出时机，可以测试缓冲区的工作机制。

### 注意事项：

- 在使用标准I/O进行文件操作时，了解缓冲机制对于优化程序性能和确保数据正确性非常重要。
- 适当使用`fflush`可以控制数据的输出时机，尤其是在需要同步输出或处理大量数据时。

通过以上总结，你可以更好地理解C语言标准I/O库中的缓冲机制，并在实际编程中合理利用这些机制来优化程序的I/O性能和行为。

6. **流的概念**：
- 流是数据的序列，可以是输入流或输出流。
- 在C语言中，`FILE`结构体定义了流，而`FILE*`（流对象或文件流指针）用于指向流。

7. **流的分类**：
- 文本流：以文本形式处理数据，通常使用ASCII或UTF-8编码。
- 二进制流：以二进制形式处理数据，不进行任何转换。

8. **标准I/O的函数**：
- 一些常用的标准I/O函数包括：
- `printf`和`scanf`：用于格式化输出和输入。
- `sprintf`：将格式化的数据写入字符串。
- `getchar`和`putchar`：读取和写入单个字符。
- `fgets`和`fputs`：读取和写入字符串。
- `fread`和`fwrite`：读取和写入数据块。
- `ftell`：获取当前文件位置指针的位置。
- `rewind`：将文件位置指针重置到文件开头。
- `fseek`：设置文件位置指针到指定位置。

9. **标准I/O的预定义流**：
- `stdin`：标准输入流，通常用于从键盘读取数据。
- `stdout`：标准输出流，通常用于向显示器输出数据。
- `stderr`：标准错误流，用于输出错误信息。

10. **`man`命令的使用**：
- `man`命令用于查看Linux下的手册页，提供有关命令、系统调用和库函数的信息。
- `man`后面可以跟数字和命令名来查看不同部分的手册，例如：
- `man 1 command`：查看用户命令的帮助。
- `man 2 syscall`：查看系统调用的帮助。
- `man 3 function`：查看标准库函数的帮助。

以上是C语言编程中进行输入输出操作的基础。

文件操作步骤：

1,打开文件 FILE
2，io操作，，读写操作
3，关闭文件

下面介绍常用的相关函数

1.fopen

FILE *fopen(const char *path, const char *mode);
功能:
打开一个文件并建立一个流
参数:
path:要打开文件的路径
mode:
r 只读
文件不存在报错
文件存在则只读打开

r+ 读写
文件不存在报错
文件存在则读写打开

w 只写
文件不存在则创建
文件存在则清0只写打开

w+ 写读
文件不存在则创建
文件存在则清0写读打开

a 追加可写
文件不存在则创建
文件存在则追加只写打开定位到文件最后增加内容。

a+ 追加读写
文件不存在则创建
文件存在则追加读写打开

返回值:
成功返回建立的文件流指针
失败返回NULL

2. fputc

int fputc(int c, FILE *stream);
功能:
向流中写入一个字符
参数:
c:要写入的字符
stream:文件流指针
返回值:
成功返回写入的字符ASCII码值
失败返回EOF

3.fgetc

int fgetc(FILE *stream);
功能:
从流中读取一个字符

参数:
stream:文件流指针
返回值:
成功返回读到字符的ASCII码值
读到文件末尾返回EOF
失败返回EOF -1
c= fgetc(stdin);
fputc(c,stdout);
获取键盘上面的输入，显示到屏幕。

4.feof

feof() 函数判断
int feof(FILE *stream);
功能：判断当前参数stream的文件流指针是否到达文件结尾。
如果到达文件结尾则返回真，否则返回假
注意：该操作一定要在一次IO操作之后判断。
参数：stream 要判断结尾的文件流对象
返回值：成功到达结尾是真
否则是假

5.fgets

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
功能：从stream流对象关联的文件中获取size大小字节的文本数据
  并存储到s对应的本地内存(栈区数组，堆区内存)
参数： s 要存储数据的本地内存
   size 要获取的数据长度，单位字节。
   stream 要获取的目标文件流对象，
    可以是stdin ，程序会阻塞等待
如果是普通文件fp 则指向文件第一行数据
返回值：成功返回指向有效数据的首地址，一般等于s的地址
    失败或者文件末尾 NULL；

6.fputs

int fputs(const char *s, FILE *stream);
功能：从s所在的本地内存中获取一行数据，并写入stream对应的文件
流对象。
参数： s 要写的信息，一般是固定的字符串或者有数据的数组。
stream 要写入的目标文件流对象

返回值：成功 nonnegative number on success
失败 -1；
char buf[50];
gets(buf);

7.补充：fgets和gets的区别

1.gets是危险的，因为没有规范读
  到数据的上限
2.gets会去掉从终端读入的\n字符
3.fgets会读到n个数据，如果n个
  数据中存在\n字符则立即停止当
  前的读取操作
4.fgets不会去掉从流中读到的\n字
符

8.二进制文件读写： fread()/fwrite()

读：
size_t  fread(void  *ptr,  size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
功能：从指定的stream流对象中获取nmemeb个大小为size字节的数据块到ptr
      所在的本地内存中。
参数：ptr 要存储数据的本地内存一般是数组或者结构体指针
  size 单个数据块的元数据大小。最小单元的大小
  nmemb 要获取的数据块的个数，拷贝的数据块个数。
  stream 要获取数据的源文件流对象，如果是stdin表示从
  键盘获取数据，如果是fp文件则表示从普通文件获取。
返回值：成功小于等于nemeb的整数，表示获取的数据长度
失败小于0，结尾 0；

写：
size_t fwrite(const void  *ptr,  size_t  size,size_t nmemb, FILE *stream);
功能：从ptr所在本地内存中取出nmemb个大小为size的数据块写入到stream流对应
     的文件流对象中。
参数：ptr 要写的数据块地址，一般是数组或者结构体指针
  size  要写的数据块元数据大小，单位是字节
  nmemb 要写的数据块的个数
  stream 要写的目标文件流对象。如果是stdout则表示数据会
  写到终端屏幕显示，如果是fp的普通文件则会写入到文件中。

返回值：成功小于等于nmemb 的个数。
失败 <0

标准IO之文件定位：fseek() ftell() rewind()

1.fseek

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
功能：将stream流文件中的文件指针从whence位置开始
      偏移offset字节的长度。
参数：stream  要移动文件指针的目标文件流对象。
  注意：不支持设备文件，一般用于普通文件。
  offset  要在文件内偏移的距离，单位字节。
     如果值为整数，则向文件末尾偏移
  如果值为负数，则向文件开头偏移
  whence  偏移的起始位置,由系统定义的三个宏开始。
   SEEK_SET  文件的开头位置
SEEK_CUR  文件的当前位置
SEEK_END  文件的末尾位置

返回值：
成功：返回 0
失败：  -1；

如果从文件的指定位置向后偏移过程中已经超过了文件
的当前末尾位置，则会自动以'\0'来填充文件内容，从
而形成一种被称为"空洞文件" 的特殊文件。

2.rewind

rewind() 等效于：fseek(stream,0L,SEEK_SET);

long ftell(FILE *stream);rewind(fp);
功能：获取当前文件流指针的具体位置，一般以文件
开头到当前指针的字节数为返回值。
参数：stream 要返回指针距离的文件流对象
返回值：成功获取到的距离长度，单位是字节
失败 -1；

以上的所有函数都可以在man手册中找到，关于参数及返回值会有更详细的描述。