Linux/UNIX之标准IO库

当打开一个流时，标准I/O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I/O库为管理该流所需的所有信息，包括：用于实际I/O的文件描述符、指向用于该缓冲区的指针、缓冲区的长度、当前在缓冲区的字符数以及出错标志等。为引用一个流，需将FILE指针作为参数传递给每个标准I/O函数。

对于标准输入、标准输出和标准出错，他们的文件描述符对应STFIN_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO。这三个标准I/O流通过预定义stdin、stdout和stderr加以引用。这三个文件指针以及标准I/O函数都定义在头文件<stdio.h>中。

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调用次数。提供了三种类型的缓冲：

1) 全缓冲：需在填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作。

2) 行缓冲：当在输入和输出中遇到换行符时，标准I/O库执行I/O操作。

3) 不带缓冲：标准I/O库不对字符进行缓冲存储。

一般而言，标准出错是不带缓冲的，打开终端设备的流是行缓冲的，其他所有流则是全缓冲的。当流是全缓冲，但该缓冲区是局部填写时，可用fflush函数冲洗。

可调用下面的函数更改缓冲区类型：

#include <stdio.h>

void setbuf(FILE *stream, char *buf);

int setvbuf(FILE *stream, char *buf, intmode, size_t size);

任何时候，我们都可以强制冲洗一个流：

#include <stdio.h>

int fflush(FILE *stream);

此函数将使该流所有未写的数据都被传送至内核。作为一个特例，如若fp是NULL，则此函数将导致所有输出流被冲洗。

打开流

#include <stdio.h>

FILE *fopen(const char *path, const char*mode);

FILE *fdopen(int fd, const char *mode);

FILE *freopen(const char *path, const char*mode, FILE *stream);

这三个函数的区别是：

1) fopen打开一个指定的文件。

2) fropen在一个指定的留上打开一个指定的文件，如若该流已经打开，则先关闭该流。如若该流已经定向，则fopen清除该定向。此函数一般用于将一直指定的文件打开为一个预定义的流：标准输入、标准输出或标准错误。

3) fdopen获取一个现有的文件描述符，并使一个标准的I/O流与该描述符相结合。此函数常用于由创建管道和网络通信函数返回的描述符。因为这些特殊类型的文件不能用标准I/Ofopen函数打开，所有我们必须先调用设备专用函数以获得一个文件描述符，然后用fopen使一个标准I/O与该描述符相关联。

其中的mode参数可以用是以下15种不同的值：
r或rb： 为读打开

w或wb： 把文件截短至0长，或为写而创建

a或ab: 添加；为在文件写打开，或为写打开

r+或r+b或rb+: 为读和写打开

w+或w+b或wb+: 把文件截短至0，或为读和写打开

a+或a+b或ab+: 为在文件尾端读和写而打开或创建

#include <stdio.h>

int fclose(FILE *fp);

在文件被关闭之前，冲洗缓冲区中的输出数据。如果标准I/O库已经为该流自动分配了一个缓冲区，则释放缓冲区。

读和写流

一旦打开了流，则可在三种不同类型的非格式化I/O中进行选择，对其读、写操作:

1) 每次一个字符是I/O。一次读或写一个字符，如果流是带缓冲区的，则标准I/O函数会处理所有缓冲。

2) 每次一行的I/O。如果想要一次读或写一行，则使用fgets和fputs。每行都以一个换行符终止。当调用fgets时，应说明能处理的最大行长。

3) 直接I/O。fread和fwrite函数支持这种类型的I/O。

每次一个字符I/O

输入函数：

#include <stdio.h>

int getc(FILE *stream);

int fgetc(FILE *stream);

int getchar(void);

getchar()等价于getc(stdin)。getc和fgetc区别在于getc可被实现为宏，而fgetc则不能实现为宏。

不管是出错还是到达文件尾端，这三个函数都返回同样的值。为了区分出错和到达文件尾端，必须调用ferror和feof函数。

#include <stdio.h>

int feof(FILE *stream);

int ferror(FILE *stream);

这两个函数的返回值：若条件为真则返回非0值，否则返回0。

每个流在FILE对象中维持了两个标志：出错标志和文件结束标志

调用clearerr则清除这两个标志。

void clearerr(FILE *stream);

从流读取数据后，可以调用ungetc将字符再压入回流中。

int ungetc(int c, FILE *stream);

压入回流中的字符以后又可以从流中读出，但读出的字符顺序与压送回的顺序相反。

对于输出函数：

#include <stdio.h>

int putc(int c, FILE *stream);

int fputc(int c, FILE *stream);

int putchar(int c);

与输入函数一样putchar(c)等效于putc(c, stdout)。putc可实现为宏。

每次一行I/O

#include <stdio.h>

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

char *gets(char *s);

fgets从指定的流读，必须指定缓冲区长度size。此函数一直读到下一个换行符为止，但是不超过n-1个字符，读入的字符被送入缓冲区。该缓冲区以null字符结尾。如若改行(包括最后一个换行符)的字符数超过n-1，则fgets只返回一个不完整的行，但是缓冲区总是以null字符结尾。对fgets的下一次调用会继续读改行。

gets从标准输入读。它是一个不推荐的函数，因为不能指定缓冲区长度，可能造成缓冲区溢出，写到缓冲区之后的存储空间中，从而产生不可预料的后果。

fputs和puts提供每次输出一行的功能。

int fputs(const char *s, FILE *stream);

int puts(const char *s);

二进制I/O

#include <stdio.h>

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

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

以上两个函数可一次读或写整个结构。

定位流

有三种方法定位标准I/O流

1） ftell和fseek。这两个函数要求文件的位置可以存放到一个长整形中。

2） ftello和fseeko。他们可以使文件文件偏移量不一定使用长整形。他们用off_t数据类型代替了长整形。

3） fgetpos和fsetpos。他们使用抽象数据类型fpos_t记录文件的位置。这种数据累心可以定义为记录一个文件的位置所需的长度。

#include <stdio.h>

int fseek(FILE *stream, long offset, intwhence);

long ftell(FILE *stream);

int fseeko(FILE *stream, off_t offset, intwhence);

off_t ftello(FILE *stream);

int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *pos);

int fsetpos(FILE *stream, fpos_t *pos);

格式化I/O

输出：

#include <stdio.h>

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

int fprintf(FILE *stream, const char*format, ...);

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

int snprintf(char *str, size_t size, constchar *format, ...);

输入：

#include <stdio.h>

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

int fscanf(FILE *stream, const char*format, ...);

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

fileno函数

标准I/O库最终都要调用I/O系统调用函数。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 *stream);

临时文件

#include <stdio.h>

char *tmpnam(char *s);

FILE *tmpfile(void);

tmpnam函数产生一个与现有文件名不同的一个有效路径名字字符串。每次调用它，它都产生一个不同的路径名，最多调用TMP_MAX次。

tmpfile创建一个临时二进制文件。

此外还有两个类似的函数：

#include <stdio.h>

char *tempnam(const char *dir, const char*pfx);

int mkstemp(char *template);