AUPE学习第五章------标准I/O库

最新推荐文章于 2021-04-19 08:17:14 发布

NS西北风

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分类专栏： UNIX环境高级编程文章标签： unix环境高级编程 aupe struct unix 操作系统

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本文详细介绍了标准I/O库的基本概念、流与FILE对象的关系、缓冲机制、文件打开与关闭方法、字符与行I/O操作、二进制I/O、格式化I/O以及临时文件的创建等内容。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

基本上所有的操作系统都实现了标准I/O库。

5.2流和FILE对象

所有的I/O函数都是针对文件描述符的。当文件打开时，就返回一个文件描述符，然后用这个文件描述符做后续的I/O操作。

标准I/O库的操作是围绕流来进行的，当标准I/O库打开一个文件的时候，一个文件已经与一个流关联了。

我们可以用freopen函数来清除一个流定向，然后用fwide函数来设置一个流定向。

int fwide(FIFE *fd, int mode)

5.4缓冲

标准I/O库提供缓冲的目的是尽可能减少使用read和write函数调用的次数。

第一次执行I/O操作时，相关标准I/O函数通常会调用malloc获得需要使用的缓冲区。

缓冲类型：全缓冲，行缓冲，不带缓冲。

一般标准出错时不带缓冲的，打开至终端设备的流是行缓冲的。其他则都是全缓冲的。

可以用下面的函数改变流的缓冲类型：

void setbuf(FIFE *restrict fp, char *restrict buf)

int setvbuf(FIFE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);

任何时候，我们都可以通过下面的函数强制冲洗一个流：

int fflust(FILE *fp)

该函数导致所有的数据都被传至内核。

5.5打开流

下列的函数可以用于打开一个标准的I/O流：

FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type);

FILE *freopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type, FILE *restrict fp)

FILE *fdopen(int filedes, const char *type);

调用fclose函数关闭一个打开的流。

int fclose(FILE *fp)

在一个文件被关闭前，冲洗刷新区中的输出数据。

5.6读和写流

一旦打开了一个流，就可以用三种类型的I/O进行操作：

1每次一个字符的I/O。

2每次一行的I/O。

3直接I/O。

一下三个函数可以用于一次读一个字符；

int getc(FILE *fp)

int fgetc(FILE *fp)

int getchar(void)

若成功返回下一个字符，若达到文件结尾或者出错返回EOF。

可以用函数ferror来判断流是否出错

int ferror(FILE *fp)

可以用feof函数判断是否到达文件流的结尾。

int feof(FILE *fp)

可以用下面三个函数实现输出功能：

int putc(int c, FILE *fd)

int fputc(int c, FILE *fd)

int putchar(int c)

其中putchar(c) 等效于 putc(c , stdout)

5.7每次一行I/O

下面的函数提供每次输入一行的功能：

char *fgets(char *restrict buf, int n, FILE *restrict fp)

char *getc(char *buf)

两个函数若成功，则返回buf，若已经到达文件结尾或者出错则返回NULL。

buf是存储数据的缓冲区的地址。

fputs和puts提供每次输出一行的功能。

int fputs(const char *restrict str, FILE *restrict fp)

次函数每次将一个null终止符的字符串写到指定的流，尾端的终止符null不写出。

puts函数将一个以null终止的的字符串写入标准输出。

int puts(const char *str)

getc和putc实例：

getctest.c:

#include "apue.h"

int main(void)
{
   int  c;
   while((c = getc(stdin)) != EOF)
        if (putc(c, stdout) ==EOF)
            err_sys("output error");
        if (ferror(stdin))
            err_sys("input error");
    exit(0);
}

运行结果如下：

[root@localhost apue]# vim getctest.c
[root@localhost apue]# gcc -o getctest.out getctest.c 
[root@localhost apue]# ./getctest.out 
huang
huang


chengdu
chengdu

fgets和fputs函数实例：

fgetstest.c:

#include "apue.h"

int main(void)
{
    char buf[MAXLINE];
    while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL)
        if (fputs(buf, stdout) == EOF)
            err_sys("output error");
    if (ferror(stdin))
        err_sys("input error");
    exit(0);
}

运行结果：

[root@localhost apue]# vim fgetstest.c
[root@localhost apue]# gcc -o fgetstest.out fgetstest.c 
[root@localhost apue]# ./fgetstest.out 
huiang
huiang


gd  
gd

5.9二进制I/O

由于前面的I/O函数的缺陷，我们可以用下面的函数做二进制I/O操作。

size_t fread(void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp)

size)t fwrite(const void *restrict ptr, size_t size,size_t nobj, FILE *restrict fp)

返回值是读或者写的对象数。

5.10定位流

定位I/O流有留个函数：

第一组：

long ftell(FILE *fp)

int fseek(FILE *fp,long offset, int whence)

第二个参数是偏移量大小，第三个参数是SEEK_SET,SEEK_CUP,SEEK_END中的一个。

第二组：

off_t ftello(FILE *fd)

int fseeko(FILE *fd, off_t offset, int whence)

除了offset是off_t类型以外，ftello函数和ftell相同。fseeko和fseek相同。

第三组：

int fgetpos(FILE *restrict fp, fpos_t *restrict pos)

int fsetpos(FILE *fp, const fpos_t *pos)

如果问了程序的可移植性，最好用第三组。第一个函数把文件的位置存入pos变量。

5.11格式化I/O

格式化输出函数有下面8个，其中后面四个是变体，只是最后一个可变参数形式改变。

int printf(const char *restrict format, ...)

int fprintf( FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...)

int sprintf( char *restrict buf, const char *restrict format,...)

int snprintf( char *restrict buf, size_t n, const char *restrict format, ...)

四种变体：这四个变体是ISO C标准中关于可变参数的定义实现。在头文件<stdarg.h>中定义。

int vprintf(const char *restrict format, var_list arg)

int vfprintf( FILE *restrict fp, const char *restrict format, var_list arg)

int vsprintf( char *restrict buf, const char *restrict format, var_list arg)

int vsnprintf( char *restrict buf, size_t n, const char *restrict format, var_list arg)

格式化输入有三个scanf函数：

int scanf(const char *restrict format, ...)

int fscanf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...)

int sscanf(const char *restrict buf, const char *restrict, ...)

三种变体：这三个变体是ISO C标准中关于可变参数的定义实现。在头文件<stdarg.h>中定义。

int scanf(const char *restrict format, va_list arg)

int fscanf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, va_list arg)

int sscanf(const char *restrict buf, const char *restrict, va_list arg)

5.12实现细节

在unix系统中，标准I/O库都需要调用第三章中的例程。每个标准I/O流都有一个与其相关联的文件描述符。可以对一个流

调用fileno函数以获得其描述符。

int fileno(FILE *fp)

例程：对每个标准I/O流打印缓冲状态信息。

ioprint.c:

#include "apue.h"

void  pr_stdio(const  char *,FILE *);
int main(void)
{
    FILE *fp;
    fputs("enter any character\n", stdout);
        if (getchar() == EOF)
                err_sys("getchar error");
        fputs("one line to standard error\n", stderr);
        pr_stdio("stdin", stdin);
        pr_stdio("stdout", stdout);
        pr_stdio("stderr",stderr);
        if ((fp =fopen("/etc/motd", "r")) == NULL)
                err_sys("fopen error");
        if (getc(fp) == EOF);
                err_sys("getc error");
        pr_stdio("/etc/motd",fp);
        exit(0);
}
void pr_stdio(const char *name, FILE *fp)
{
        printf("stream = %s, ",name);
        if (fp->_IO_file_flags & _IO_UNBUFFERED)
                printf("unbuffered");
        else if (fp->_IO_file_flags & _IO_LINE_BUF)
                printf("line buffered");
        else
                printf("fully buffered");
        printf(", buffer size = %d\n", fp->_IO_buf_end - fp->_IO_buf_base);
}

运行结果：

[root@localhost apue]# ./ioprint.out 
enter any character
nihao
one line to standard error
stream = stdin, line buffered, buffer size = 1024
stream = stdout, line buffered, buffer size = 1024
stream = stderr, unbuffered, buffer size = 1
getc error: Success

5.13临时文件

下面两个函数可以用于帮助键临时文件：

char *tmpnam(char *ptr);

char *tmpfile(void);

第一个函数返回路径名的指针。如果ptr是NULL。则所产生的路径名存放在静态去中。

第二个函数返回文件指针，错误返回NULL。

函数实例：

tmptest.c:

#include "apue.h"
int main(void)
{
        char name[L_tmpnam], line[MAXLINE];
        FILE *fp;
        printf("%s\n", tmpnam(NULL));
        tmpnam(name);
        printf("%s\n", name);
        if ((fp = tmpfile()) == NULL)
                err_sys("tmpfile error");
        fputs("one line of output\n", fp);
        rewind(fp);
        if (fgets(line, sizeof(line), fp) == NULL)
                err_sys("fgets error");
        fputs(line,stdout);
        exit(0);
}

运行结果：

[root@localhost apue]# gcc -o tmptest.out tmptest.c 
/tmp/ccx3bsSv.o: In function `main':
tmptest.c:(.text+0x299): warning: the use of `tmpnam' is dangerous, better use `mkstemp'
[root@localhost apue]# ./tmptest.out 
/tmp/file7mn10s
/tmp/filetrhn25
one line of output

上面的函数一个用于建临时目录，一个用于建临时文件。下面这个函数一次性搞定：

char *tempnam(const char *directory, const char prefix);

第一个参数是目录名，第二个参数是指定文件的前几个字母。

tempnam.c:

#include "apue.h"
int main(int argc,char *argv[])
{
        if (argc != 3)
                err_quit("usage: a.out  <dirname>  <prefix>");
        printf("%s\n", tempnam(argv[1][0] != ' ' ? argv[1] : NULL, argv[2][0] != ' '? argv[2] : NULL));
        exit(0);
}

运行结果：

[root@localhost apue]# gcc tempnam.c 
/tmp/ccg6BuVi.o: In function `main':
tempnam.c:(.text+0x305): warning: the use of `tempnam' is dangerous, better use `mkstemp'
[root@localhost apue]# ./a.out 
usage: a.out  <dirname>  <prefix>
[root@localhost apue]# ./a.out  /home/huangcd TEMP
/home/huangcd/TEMPzyiJUu
[root@localhost apue]# ./a.out  /home/huangcd " "
/home/huangcd/fileJn5HuC
[root@localhost apue]# ./a.out " "  TEMP
/tmp/TEMPA04EcN

我们也可以用mkstemp函数。功能类似与tmpfile。但是返回的是文件描述符。

int mkstemp(char *template)

如果成功返回文件描述符，错误返回-1。

此函数创建的文件不可自动删除。