UNIX环境高级编程（五）标准IO库

5.2流和FILE对象

对于标准IO库，它们的操作是围绕流（stream）进行的。当用标准IO库打开或者创建一个文件时，我们已经使一个流与一个文件箱关联

当打开一个流时，标准IO函数fopen返回一个指向FILE对象的指针。该对象通常是一个结构，它包含了标准IO库管理该流所需要的所有信息，包括：用于实际IO的文件描述符，指向用于该流缓冲区的指针，缓冲区长度，当前在缓冲区的字符数以及出错标志等等。

 

5.3标准输入,标准输出和标准出错

这三个IO经过预定义文件指针stdin，stdout和stderr加以引用。

 

5.4缓冲

标准IO库提供缓冲的目的是减少使用read和write调用的次数。它也对每个IO流自动地进行缓冲管理。

标准IO提供了三种类型的缓冲：
（1）全缓冲。这种情况下，在填满标准IO缓冲区后才进行实际的IO操作。

术语冲洗（flush）说明标准IO缓冲区的写操作。缓冲区可由标准IO例程自动冲洗（例如当填满一个缓冲区时），或者可以调用函数fflush冲洗一个流。

（2）行缓冲。当在输入或输出中遇到换行符时，标准IO库执行IO操作。

当流涉及一个终端时，通常使用行缓冲。

对于行缓冲有两个限制。第一，因为标准IO库用来收集每一行的缓冲区的长度是固定的，所以只要填满了缓冲区，那么即使还没有写一个换行符，也进行IO操作。第二，任何时候只要通过标准IO库要求从（a）一个不带缓冲的流，或者（b）一个行缓冲的流（它要求从内核得数据）得到输入数据，那么就会造成冲洗所有行缓冲输出流。在（b）中带了一个在括号中的说明，其理由是，所需的数据可能已经在缓冲区中，它并不要求在需要数据时才从内核读数据。

（3）不带缓冲。

标准出错流stderr通常是不带缓冲的。

ISO C 要求下列缓冲特征：

当且仅当标准输入和标准输出不涉及交互设备时，它们才是全缓冲的。

标准出错决不是全缓冲的

 

系统默认：

标准出错是不带缓冲的

如若是涉及终端设备的其他流，则它们是行缓冲的；否则是全缓冲的。

 

对于一个给定的流，如若我们不喜欢这些系统默认情况，则可以调用下面两个函数更改缓冲类型：

  1: #include<stdio.h>
  2: 
  3: void setbuf(FILE *fp,char *buf);
  4: 
  5: int setvbuf(FILE *fp,char *buf,int mode,size_t size);
  6: 
  7: //返回值：若成功则返回0，若出错则返回非0值

这些函数一定要在流已经被打开后调用。

使用setvbuf，我们可以精确地指定所需缓冲的类型。这是用mode参数实现的：

                             _IOFBF   全缓冲

                             _IOLBF   行缓冲

                             _IONBF    不带缓冲

如果指定一个不带缓冲的流，则忽略buf和size参数。如果指定全缓冲或行缓冲，则buf和size指定一个缓冲区及其长度。如果该流是带缓冲的，而buf是NULL，则标准IO自动的为该流分配适当长度的缓冲区。

 

下图：

要了解，如果在一个函数内分配一个自动变量类的标准I/O缓冲区，则从该函数返回之前，必须关闭该流。另外，有些实现将缓冲区的一部分用于存放它自己的管理操作信息，所以可存放在缓冲区的实际数据字节数少于size。

任何时候，我们可以强制冲刷一个流。

  1: #include<stdio.h>
  2: 
  3: int fflush(FILE *fp);
  4: //若成功返回0，出错返回EOF;

5.6读和写流

一旦打开了流，则可在三种不同类型的非格式化IO中进行选择，对齐进行读写操作

（1）每次一个字符IO

（2）每次一行的IO

（3）直接IO 。有时被称作二进制IO，一次一个对象IO，面向记录的IO或者面向结构的IO。

1.输入函数

以下三个函数可用于一次读一个字符

  1: #include<stdio.h>
  2: int getc(FILE *fp);
  3: int fgetc(FILE *fp);
  4: int getchar(void);    //三个函数返回值：若成功则返回下一个字符，若已经达到文件尾或出错返回EOF
  5: 

函数getchar等价于getc（stdin）。前两个函数的区别是getc可被实现为宏，而fgetc不能实现为宏。这意味着：
（1）getc的参数不应当是具有副作用的表达式

（2）因为fgetc一定是一个函数，所以可以取到其地址。这就允许将fgetc的地址作为一个参数传递给另一个函数。

（3）调用fgetc时间可能长于调用getc，因为调用函数通常所需时间长于调用宏。

不管是出错还是达到文件尾端，这三个函数返回同样的值，为了区分这两种不同的情况，必须调用ferror或feof

  1: #include<stdio.h>
  2: int ferror(FILE *fp);
  3: int feof(FILE *fp);
  4: //两个函数返回值：若条件为真则返回非0值，否则返回0
  5: void clearerr(FILE *fp);

大多数的实现中，为每个流在FILE对象中维持了两个标志：

出错标志

文件结束标志

调用clearerr则清除这两个标志

2.输出函数

对于上述的每个输入函数都有一个输出函数

  1: #include<stdio.h>
  2: int putc(int c,FILE *fp);
  3: int fputc(int c,FILE *fp);
  4: int putchar(int c);    //若成功返回c，出错返回EOF

5.7 每次一行IO

下面两个函数提供每次输入一行的功能。

  1: #include<stdio.h>
  2: char *fgets(char *buf,int n,FILE *fp);
  3: char *gets(char *buf);
  4: //两个函数返回值：若成功返回buf，若已到达文件末尾或者出错则返回NULL

两个函数都指定了缓冲区地址，读入的行将送入其中。gets从标准输入读，而fgets从指定的流读。

gets与fgets的另一个区别是gets并不将换行符送入缓冲区中，而fgets则保持换行符

fputs和puts提供每次输出一行的功能。

  1: #include<stdio.h>
  2: int fputs(const char *str,FILE *fp);
  3: int puts(const char *str);// 两个函数返回值：若成功返回非负值，若出错返回EOF

函数fputs将一个以NULL符终止的字符串写到指定的流，尾端的NULL不写出

5.9二进制IO

提供了下面函数执行二进制IO操作

  1: #include<stdio.h>
  2: size_t fread(void *ptr,size_t size,size_t nobj,FILE *fp);
  3: size_t fwrite(const void *ptr,size_t size,size_t nobj,FILE *fp);
  4: //两个函数返回值：读或写的对象数

这些函数有两种常见的用法：
（1）读或写一个二进制数组。例如，为了将一个浮点数组的2——5个元素写到一个文件上，可以编写如下程序

  1: float data[10];
  2: if(fwrite(&data[2],sizeof(float),4,fp)!=4)
  3: //其中，指定size为每个数组元素的长度，nobj为欲写的元素数。
  4: 

（2）读或写一个结构。例如，可以编写如下程序：

  1: struct{
  2: short count;
  3: long total;
  4: char name[NAMESIZE];
  5: }item;
  6: if(fwrite(&item,sizeof(item),1,fp)!=1)

fread和fwrite返回读或写的对象数。对于读，如果出错或达到文件尾端，则此数字可以少于nobj。

5.12实现细节

每一个标准IO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函数以获得其文件描述符。

  1: #include<stdio.h>
  2: int fileno(FILE *fp);
  3: //返回值：与流相关联的文件描述符