C5 :标准IO库

  在第三章中,所有IO函数都是围绕文件描述符展开,文件描述符用于后续IO操作。由于文件描述符相关的操作是不带缓冲的IO,需要操作者本人指定缓冲区分配、IO长度等,对设备环境要求一定的了解。

  本章引入文件流概念,IO库将处理很多底层IO细节。

1 缓冲

  提供缓冲的目的是尽量减少read和write的调用次数。标准IO提供了以下3种缓冲:

1.1 全缓冲

  在填满标准IO缓冲区后再进行实际IO操作,标准IO函数通常使用malloc获取使用的缓冲区

1.2 行缓冲

  在输入和输出中遇到换行符时,标准IO才执行IO操作。对于行缓冲有2个限制

  •   标准IO库用来收集每一行的缓冲区长度固定,所以只要是填满了缓冲区,就会进行IO操作
  •   只要是通过标准IO从一个不带缓冲的流或者一个行缓冲的流得到输入数据,那么就会flush行缓冲输出流

1.3 不带缓冲

  标准库不对字符进行缓冲存储,标准错误流通常是不带缓冲的,这样就可以尽快将信息显示出来

  

  可以使用setbuf函数打开或者关闭缓冲机制,为了带缓冲进行IO,参数buf必须指向一个长度为BUFSIZE的缓冲区,头文件stdio.h。成功返回-,出错返回-1。

  1. /* If BUF is NULL, make STREAM unbuffered.
  2. Else make it use buffer BUF, of size BUFSIZ. */
  3. extern void setbuf (FILE *__restrict __stream, char *__restrict __buf) __THROW;
  4.  
  5. /* Make STREAM use buffering mode MODE.
  6. If BUF is not NULL, use N bytes of it for buffering;
  7. else allocate an internal buffer N bytes long. */
  8. extern int setvbuf (FILE *__restrict __stream, char *__restrict __buf, int __modes, size_t __n) __THROW;

  setvbuf的mode参数可以精确说明缓冲类型,mode参数实现为:

  _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。
  •   如果指定全缓冲和行缓冲,则buf和size可选择指定一个缓冲区及其长度。
  •   如果流是带缓冲的,而buf是NULL,则标准IO库自动为流分配合适长度的缓冲区,长度由BUFSIZE指定。

2 流

2.1 打开、关闭流

  可以使用fopen等函数打开一个IO流,头文件stdio.h。成功返回文件指针,出错返回NULL。

  1. /* Open a file and create a new stream for it.
  2.  
  3. This function is a possible cancellation point and therefore not
  4. marked with __THROW. */
  5. extern FILE *fopen (const char *__restrict __filename,
  6. const char *__restrict __modes) __wur;
  7. /* Open a file, replacing an existing stream with it.
  8.  
  9. This function is a possible cancellation point and therefore not
  10. marked with __THROW. */
  11. extern FILE *freopen (const char *__restrict __filename,
  12. const char *__restrict __modes,
  13. FILE *__restrict __stream) __wur;

  fopen函数打开路径为__filename的文件

  freopen函数在一个指定的流上打开文件。如果该流已经打开,则先关闭该流。如果该流已经定向,则使用freopen清除该定向。

  mode参数指定对该IO流的读写方式,ISO C规定mode参数可以右15种取值。

  使用fclose可以关闭一个打开的流,头文件stdio.h。成功返回0,失败返回-1。

  1. /* Close STREAM.
  2.  
  3. This function is a possible cancellation point and therefore not
  4. marked with __THROW. */
  5. extern int fclose (FILE *__stream);
  6. /* Flush STREAM, or all streams if STREAM is NULL.

2.2 读、写流

2.2.1 每次一个字符的IO

  下面函数用于一次读取一个字符,头文件stdio.h。成功返回下一个字符,达到文件尾或者出错,返回EOF(定义在libio.h)。

  1. /* Read a character from STREAM.
  2.  
  3. These functions are possible cancellation points and therefore not
  4. marked with __THROW. */
  5. extern int fgetc (FILE *__stream);
  6. extern int getc (FILE *__stream);
  7.  
  8. /* Read a character from stdin.
  9.  
  10. This function is a possible cancellation point and therefore not
  11. marked with __THROW. */
  12. extern int getchar (void);
  13.  
  14. #ifndef EOF
  15. # define EOF (-)
  16. #endif

  前两个函数的区别是,getc可以被实现为宏,而fgetc不能实现为宏?

  getchar等价于geic (stdin)。  

  这三个函数达到文件尾或者出错,都返回EOF。为区别文件尾或者出错,需要调用以下函数进行判断,头文件stdio.h。成功返回非0,失败返回0。可以作为bool型判断。

  1. /* Clear the error and EOF indicators for STREAM. */
  2. extern void clearerr (FILE *__stream) __THROW;
  3. /* Return the EOF indicator for STREAM. */
  4. extern int feof (FILE *__stream) __THROW __wur;
  5. /* Return the error indicator for STREAM. */
  6. extern int ferror (FILE *__stream) __THROW __wur;

  调用clearerr可以清除这两个标志。

  也可以使用ubgetc将字符再写回流缓冲区,头文件stdio.h。成功返回c,失败返回EOF。

  1. /* Push a character back onto the input buffer of STREAM.
  2.  
  3. This function is a possible cancellation point and therefore not
  4. marked with __THROW. */
  5. extern int ungetc (int __c, FILE *__stream);

  对应的写缓冲区函数为:

  1. /* Write a character to STREAM.
  2.  
  3. These functions are possible cancellation points and therefore not
  4. marked with __THROW.
  5.  
  6. These functions is a possible cancellation point and therefore not
  7. marked with __THROW. */
  8. extern int fputc (int __c, FILE *__stream);
  9. extern int putc (int __c, FILE *__stream);
  10.  
  11. /* Write a character to stdout.
  12.  
  13. This function is a possible cancellation point and therefore not
  14. marked with __THROW. */
  15. extern int putchar (int __c);

2.2.2 每次一行IO

  下面两个函数每次读写输出一行,头文件stdio.h。成功返回buf,到达文件尾或者出错,返回NULL。

  1. /* Get a newline-terminated string of finite length from STREAM.
  2.  
  3. This function is a possible cancellation point and therefore not
  4. marked with __THROW. */
  5. extern char *fgets (char *__restrict __s, int __n, FILE *__restrict __stream)
  6. __wur;
  7.  
  8. /* Get a newline-terminated string from stdin, removing the newline.
  9.  
  10. This function is impossible to use safely. It has been officially
  11. removed from ISO C11 and ISO C++14, and we have also removed it
  12. from the _GNU_SOURCE feature list. It remains available when
  13. explicitly using an old ISO C, Unix, or POSIX standard.
  14.  
  15. This function is a possible cancellation point and therefore not
  16. marked with __THROW. */
  17. extern char *gets (char *__s) __wur __attribute_deprecated__;
  18.  
  19. /* Write a string to STREAM.
  20.  
  21. This function is a possible cancellation point and therefore not
  22. marked with __THROW. */
  23. extern int fputs (const char *__restrict __s, FILE *__restrict __stream);
  24.  
  25. /* Write a string, followed by a newline, to stdout.
  26.  
  27. This function is a possible cancellation point and therefore not
  28. marked with __THROW. */
  29. extern int puts (const char *__s);

  注意以下两点:

  •   应当屏蔽使用puts或者gets。这两个函数都是从标准输入或输出读写,但由于无法指定缓冲区长度,将会导致缓冲区溢出错误
  •   程序退出处,显示调用exit(0),将会冲洗任何未写的数据,然后关闭所有打开的流
  •   读写一行都是以NULL为终止,但是缓冲区的NULL不会写入文件

3 二进制IO

  上一节的流IO无法解决以下问题:当读取的数据是结构化数据(非字符串,可能读取到NULL,0),流IO将会截断。

  为解决该问题,需要引入二进制IO函数fread和fwrite,头文件stdio.h。函数返回读或写的对象数。

  1. /* Read chunks of generic data from STREAM.
  2.  
  3. This function is a possible cancellation point and therefore not
  4. marked with __THROW. */
  5. extern size_t fread (void *__restrict __ptr, size_t __size,
  6. size_t __n, FILE *__restrict __stream) __wur;
  7. /* Write chunks of generic data to STREAM.
  8.  
  9. This function is a possible cancellation point and therefore not
  10. marked with __THROW. */
  11. extern size_t fwrite (const void *__restrict __ptr, size_t __size,
  12. size_t __n, FILE *__restrict __s);

4 定位流(访问偏移)

  可使用ftell获取当前文件访问偏移量、fseek对文件访问进行偏移、rewind将流设置到起始位置。

  1. /* Seek to a certain position on STREAM.
  2.  
  3. This function is a possible cancellation point and therefore not
  4. marked with __THROW. */
  5. extern int fseek (FILE *__stream, long int __off, int __whence);
  6. /* Return the current position of STREAM.
  7.  
  8. This function is a possible cancellation point and therefore not
  9. marked with __THROW. */
  10. extern long int ftell (FILE *__stream) __wur;
  11. /* Rewind to the beginning of STREAM.
  12.  
  13. This function is a possible cancellation point and therefore not
  14. marked with __THROW. */
  15. extern void rewind (FILE *__stream);

  fseek的第三个参数whence与fseek的参数相同:

  SEEK_SET指定从文件起始位置开始,SEEK_CUR指定从当前位置开始,SEEK_END指定从文件末尾

5 格式化IO

5.1 格式化输出

  格式化输出由5个printf函数处理,头文件stdio.h。成功返回字符数,失败返回负值。

  1. /* Write formatted output to stdout.
  2.  
  3. This function is a possible cancellation point and therefore not
  4. marked with __THROW. */
  5. extern int printf (const char *__restrict __format, ...);
  6.  
  7. /* Write formatted output to STREAM.
  8.  
  9. This function is a possible cancellation point and therefore not
  10. marked with __THROW. */
  11. extern int fprintf (FILE *__restrict __stream,
  12. const char *__restrict __format, ...);
  13.  
  14. extern int dprintf (int __fd, const char *__restrict __fmt, ...)
  15. __attribute__ ((__format__ (__printf__, , )));
  16.  
  17. /* Write formatted output to S. */
  18. extern int sprintf (char *__restrict __s,
  19. const char *__restrict __format, ...) __THROWNL;
  20.  
  21. /* Maximum chars of output to write in MAXLEN. */
  22. extern int snprintf (char *__restrict __s, size_t __maxlen,
  23. const char *__restrict __format, ...)
  24. __THROWNL __attribute__ ((__format__ (__printf__, , )));

  printf将格式化数据写到标准输出

  fprintf将格式化数据写到指定的流

  dprintf写到指定的文件描述符

  sprintf写到数组S

  snprintf是sprintf的安全版本,指定了缓冲区的长度,防止缓冲区溢出

5.2 格式化输入

  格式化输入由3个scanf函数处理,头文件stdio.h。成功返回输入的参数,失败或者到达文件末尾,返回EOF。

  1. /* Read formatted input from STREAM.
  2.  
  3. This function is a possible cancellation point and therefore not
  4. marked with __THROW. */
  5. extern int fscanf (FILE *__restrict __stream,
  6. const char *__restrict __format, ...) __wur;
  7. /* Read formatted input from stdin.
  8.  
  9. This function is a possible cancellation point and therefore not
  10. marked with __THROW. */
  11. extern int scanf (const char *__restrict __format, ...) __wur;
  12. /* Read formatted input from S. */
  13. extern int sscanf (const char *__restrict __s,
  14. const char *__restrict __format, ...) __THROW;

6 临时文件

  可以使用tmpnam或者tmpfile创建临时二进制文件。头文件stdio.h。

  1. /* Generate a temporary filename. */
  2. extern char *tmpnam (char *__s) __THROW __wur;
  3.  
  4. /* Create a temporary file and open it read/write.
  5.  
  6. This function is a possible cancellation point and therefore not
  7. marked with __THROW. */
  8. extern FILE *tmpfile (void) __wur;

  tmpnam生成一个和现有文件名不同的有效路径字符串,最多调用TMP_MAX次,定义在stdio.h。返回指向唯一路径名的指针。如果输入为NULL,则路径名存放在静态区;如果不是NULL,则应该指向长度为L_tmpnam个字符的数组。

  tmpfile创建一个临时二进制文件,在关闭该文件或者程序结束时将自动删除该文件。可以使用tmpfile创建一个临时文件,然后立即unlink。

7 内存流

  1. /* Create a new stream that refers to a memory buffer. */
  2. extern FILE *fmemopen (void *__s, size_t __len, const char *__modes)
  3. __THROW __wur;
  4.  
  5. /* Open a stream that writes into a malloc'd buffer that is expanded as
  6. necessary. *BUFLOC and *SIZELOC are updated with the buffer's location
  7. and the number of characters written on fflush or fclose. */
  8. extern FILE *open_memstream (char **__bufloc, size_t *__sizeloc) __THROW __wur;

  

  

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