标准I/O流与缓冲机制-优快云博客

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一.流的概念与FILE

当我们使用标准I/O库打开或创建一个文件时，便会将一个流与该文件相关联。那么什么是流呢？流这个词可以让我们联想到河道里的流水，其实这可以很形象的比喻出我们要讨论的流。标准在输入与文件之间增加了一个缓冲区，这就相当于是河道，而数据便是河道中的流水。而这个河道的宽度，长度，目的地便是通过FILE对象来维护的，FILE结构中包含：文件描述符，指向该流的缓冲区的指针，缓冲区的长度，当前缓冲区的字符数，出错标记等等。FILE中还标识了该流是宽定向的还是字节定向的，即流定向（感觉叫流定宽更符合，哈哈），所谓宽定向指的是缓冲区中存储的是宽字符（很像河道的宽度），字节定向指的是缓冲区中存储的是单字节（也就是说流水是单字节数据）。当一个流刚创建时是未定向的，决定于起初在该流上使用的是单字节I/O函数还是多字节I/O函数。我们可以使用freopen函数来清除一个流的定向，fwide函数可用来设置流的定向，但不可改变流的定向，即使用fwide之前应该先使用freopen清除流定向。且fwide函数无返回值，因此应该使用前先保存现有errno,再将errno清空，调用fwide后判断errno。

对一个进程预定义了3个流并被进程自动使用，分别为：标准输入，标准输出，标准错误。这些流引用的文件（注意不一定引用的是同一个文件对象）与文件描述符STDIN_FILENO,STDOUT_FILENO,STDERR_FILENO相同。这三个标准IO流通过预定义的文件指针stdin,stdout,stderr进行引用。

二.标准I/O的缓冲

标准IO缓冲有3类：全缓冲（填满时进行I/O），行缓冲(遇到换行符或缓冲满时进行I/O)，不带缓冲（立即进行I/O）。我们可以在一个已打开的流上调用setbuf与setvbuf(更安全，且可以设置缓冲类型)来设置用户自己的缓冲，以此代替标准I/O缓冲。当然，对于自己定义的缓冲区应该记得在关闭流后释放。

三.对标准I/O相关注意事项

我们可以使用fdopen将一个标准的I/O流与某个已有描述符相关联，此函数常常用于管道的文件描述符和套接字文件描述符，因为这些特殊类型的文件不能用标准I/O函数fopen打开。也可以调用fileno获取一个流的描述符。
内核中其实是不区分文本文件与二进制文件的，因此在打开标准I/O时的打开方式参数中的‘b’实际上并无作用。
当我们关闭字节流时，会先冲洗缓冲中的输出数据。缓冲区中的任何输入数据被丢弃。同样的，当一个进程正常终止时（调用exit或从main函数返回），则所有含未写缓冲数据（输出）的标准I/O流都将被冲洗（取决于exit的实现），并关闭所有打开的标准I/O流。
如果中间没有fflush、fseek、fsetpos、或rewind，则输出操作的后面不能直接跟随输入，标准I/O库不允许这样做，即若在写后直接跟一个读函数，将无法独处数据。必须先进行冲洗，而fsetpos等函数在移动文件指针前也会先对数据进行冲洗，测试如下：

int main()
{
    const char *path = "/home/lwh/QtProject/testFile.txt";
    FILE* fp = fopen(path, "r+");

    char fileBuf[FILE_BUF_SIZE];
    setvbuf(fp, fileBuf, _IOFBF, FILE_BUF_SIZE); // 设置标准I/O使用的缓存，使用全缓冲
    char data[100];
    memset(data, 'a', sizeof(data) - 1);
    data[99] = '\0';

    fpos_t pos;
    fgetpos(fp, &pos);
    fputs(data, fp);    // 若在此语句之后打印fileBuf，会发现数据还存留在其中

    // 若打开该注释会发现即使文件中有数据也不可读出
    // 当若将该段移至fstepos之后便可读出数据
   /* char rbuf[200];
    size_t n = fread(rbuf, 1, 100, fp);
    rbuf[n] = '\0';
    std::cout<<rbuf<<std::endl;*/

    fsetpos(fp, &pos);
    std::cout<<"fsetpos complete";
    getchar();
    fclose(fp);
    return 0;
}