文件I/O編程之： 標(biāo)準(zhǔn)I/O編程
本章前面幾節(jié)所述的文件及I/O讀寫(xiě)都是基于文件描述符的。這些都是基本的I/O控制，是不帶緩存的。而本節(jié)所要討論的I/O操作都是基于流緩沖的，它是符合ANSIC的標(biāo)準(zhǔn)I/O處理，這里有很多函數(shù)讀者已經(jīng)非常熟悉了（如printf()、scantf()函數(shù)等），因此本節(jié)中僅簡(jiǎn)要介紹最主要的函數(shù)。
前面講述的系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)直接提供的函數(shù)接口。因?yàn)檫\(yùn)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，Linux必須從用戶(hù)態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的請(qǐng)求，然后再返回到用戶(hù)態(tài)，所以應(yīng)該盡量減少系統(tǒng)調(diào)用的次數(shù)，從而提高程序的效率。
標(biāo)準(zhǔn)I/O提供流緩沖的目的是盡可能減少使用read()和write()等系統(tǒng)調(diào)用的數(shù)量。標(biāo)準(zhǔn)I/O提供了3種類(lèi)型的緩沖存儲(chǔ)。
n 全緩沖：在這種情況下，當(dāng)填滿(mǎn)標(biāo)準(zhǔn)I/O緩存后才進(jìn)行實(shí)際I/O操作。存放在磁盤(pán)上的文件通常是由標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)實(shí)施全緩沖的。在一個(gè)流上執(zhí)行第一次I/O操作時(shí)，通常調(diào)用malloc()就是使用全緩沖。
n 行緩沖：在這種情況下，當(dāng)在輸入和輸出中遇到行結(jié)束符時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)執(zhí)行I/O操作。這允許我們一次輸出一個(gè)字符（如fputc()函數(shù)），但只有寫(xiě)了一行之后才進(jìn)行實(shí)際I/O操作。標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出就是使用行緩沖的典型例子。
n 不帶緩沖：標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)不對(duì)字符進(jìn)行緩沖。如果用標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)寫(xiě)若干字符到不帶緩沖的流中，則相當(dāng)于用系統(tǒng)調(diào)用write()函數(shù)將這些字符全寫(xiě)到被打開(kāi)的文件上。標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)stderr通常是不帶緩存的，這就使得出錯(cuò)信息可以盡快顯示出來(lái)，而不管它們是否含有一個(gè)行結(jié)束符。
在下面討論具體函數(shù)時(shí)，請(qǐng)讀者注意區(qū)分以上的三種不同情況。
6.5.1基本操作1．打開(kāi)文件（1）函數(shù)說(shuō)明。
打開(kāi)文件有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，分別為：fopen()、fdopen()和freopen()。它們可以以不同的模式打開(kāi)，但都返回一個(gè)指向FILE的指針，該指針指向?qū)?yīng)的I/O流。此后，對(duì)文件的讀寫(xiě)都是通過(guò)這個(gè)FILE指針來(lái)進(jìn)行。其中fopen()可以指定打開(kāi)文件的路徑和模式，fdopen()可以指定打開(kāi)的文件描述符和模式，而freopen()除可指定打開(kāi)的文件、模式外，還可指定特定的I/O流。
（2）函數(shù)格式定義。
fopen()函數(shù)格式如表6.14所示。
表6.14 fopen()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
FILE*fopen(constchar*path,constchar*mode)
函數(shù)傳入值
Path：包含要打開(kāi)的文件路徑及文件名
mode：文件打開(kāi)狀態(tài)（后面會(huì)具體說(shuō)明）
函數(shù)返回值
成功：指向FILE的指針
失?。篘ULL
其中，mode類(lèi)似于open()函數(shù)中的flag，可以定義打開(kāi)文件的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限等，表6.15說(shuō)明了fopen()中mode的各種取值。
表6.15 mode取值說(shuō)明
r或rb
打開(kāi)只讀文件，該文件必須存在
r＋或r＋b
打開(kāi)可讀寫(xiě)的文件，該文件必須存在
W或wb
打開(kāi)只寫(xiě)文件，若文件存在則文件長(zhǎng)度清為0，即會(huì)擦寫(xiě)文件以前的內(nèi)容。若文件不存在則建立該文件
w+或w＋b
打開(kāi)可讀寫(xiě)文件，若文件存在則文件長(zhǎng)度清為0，即會(huì)擦寫(xiě)文件以前的內(nèi)容。若文件不存在則建立該文件
a或ab
以附加的方式打開(kāi)只寫(xiě)文件。若文件不存在，則會(huì)建立該文件；如果文件存在，寫(xiě)入的數(shù)據(jù)會(huì)被加到文件尾，即文件原先的內(nèi)容會(huì)被保留
a+或a＋b
以附加方式打開(kāi)可讀寫(xiě)的文件。若文件不存在，則會(huì)建立該文件；如果文件存在，寫(xiě)入的數(shù)據(jù)會(huì)被加到文件尾后，即文件原先的內(nèi)容會(huì)被保留
注意在每個(gè)選項(xiàng)中加入b字符用來(lái)告訴函數(shù)庫(kù)打開(kāi)的文件為二進(jìn)制文件，而非純文本文件。不過(guò)在Linux系統(tǒng)中會(huì)自動(dòng)識(shí)別不同類(lèi)型的文件而將此符號(hào)忽略。
fdopen()函數(shù)格式如表6.16所示。
表6.16 fdopen()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
FILE*fdopen(intfd,constchar*mode)
函數(shù)傳入值
fd：要打開(kāi)的文件描述符
mode：文件打開(kāi)狀態(tài)（后面會(huì)具體說(shuō)明）
函數(shù)返回值
成功：指向FILE的指針
失敗：NULL
freopen()函數(shù)格式如表6.17所示。
表6.17 freopen()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
FILE*freopen(constchar*path,constchar*mode,FILE*stream)
函數(shù)傳入值
path：包含要打開(kāi)的文件路徑及文件名
mode：文件打開(kāi)狀態(tài)（后面會(huì)具體說(shuō)明）
stream：已打開(kāi)的文件指針
函數(shù)返回值
成功：指向FILE的指針
失敗：NULL
（1）函數(shù)說(shuō)明。
關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)流文件的函數(shù)為fclose()，該函數(shù)將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)全部寫(xiě)入到文件中，并釋放系統(tǒng)所提供的文件資源。
（2）函數(shù)格式說(shuō)明。
fclose()函數(shù)格式如表6.18所示。
表6.18 fclose()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
intfclose(FILE*stream)
函數(shù)傳入值
stream：已打開(kāi)的文件指針
函數(shù)返回值
成功：0
失?。篍OF
（1）fread()函數(shù)說(shuō)明。
在文件流被打開(kāi)之后，可對(duì)文件流進(jìn)行讀寫(xiě)等操作，其中讀操作的函數(shù)為fread()。
（2）fread()函數(shù)格式。
fread()函數(shù)格式如表6.19所示。
表6.19 fread()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
size_tfread(void*ptr,size_tsize,size_tnmemb,FILE*stream)
函數(shù)傳入值
ptr：存放讀入記錄的緩沖區(qū)
size：讀取的記錄大小
nmemb：讀取的記錄數(shù)
stream：要讀取的文件流
函數(shù)返回值
成功：返回實(shí)際讀取到的nmemb數(shù)目
失敗：EOF
（1）fwrite()函數(shù)說(shuō)明。
fwrite()函數(shù)用于對(duì)指定的文件流進(jìn)行寫(xiě)操作。
（2）fwrite()函數(shù)格式。
fwrite()函數(shù)格式如表6.20所示。
表6.20 fwrite()函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
size_tfwrite(constvoid*ptr,size_tsize,size_tnmemb,FILE*stream)
續(xù)表
函數(shù)傳入值
ptr：存放寫(xiě)入記錄的緩沖區(qū)
size：寫(xiě)入的記錄大小
nmemb：寫(xiě)入的記錄數(shù)
stream：要寫(xiě)入的文件流
函數(shù)返回值
成功：返回實(shí)際寫(xiě)入的記錄數(shù)目
失敗：EOF
下面實(shí)例的功能跟底層I/O操作的實(shí)例基本相同，運(yùn)行結(jié)果也相同（請(qǐng)參考6.3.1節(jié)的實(shí)例），只是用標(biāo)準(zhǔn)I/O庫(kù)的文件操作來(lái)替代原先的底層文件系統(tǒng)調(diào)用而已。
讀者可以觀察哪種方法的效率更高，其原因又是什么。
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#defineBUFFER_SIZE1024/*每次讀寫(xiě)緩存大小*/
#defineSRC_FILE_NAME"src_file"/*源文件名*/
#defineDEST_FILE_NAME"dest_file"/*目標(biāo)文件名文件名*/
#defineOFFSET10240/*復(fù)制的數(shù)據(jù)大小*/
intmain()
{
FILE*src_file,*dest_file;
unsignedcharbuff[BUFFER_SIZE];
intreal_read_len;
/*以只讀方式打開(kāi)源文件*/
src_file=fopen(SRC_FILE_NAME,"r");
/*以寫(xiě)方式打開(kāi)目標(biāo)文件，若此文件不存在則創(chuàng)建*/
dest_file=fopen(DEST_FILE_NAME,"w");
if(!src_file||!dest_file)
{
printf("Openfileerror\n");
exit(1);
}
/*將源文件的讀寫(xiě)指針移到最后10KB的起始位置*/
fseek(src_file,-OFFSET,SEEK_END);
/*讀取源文件的最后10KB數(shù)據(jù)并寫(xiě)到目標(biāo)文件中，每次讀寫(xiě)1KB*/
while((real_read_len=fread(buff,1,sizeof(buff),src_file))>0)
{
fwrite(buff,1,real_read_len,dest_file);
}
fclose(dest_file);
fclose(src_file);
return0;
}
讀者可以嘗試用其他文件打開(kāi)函數(shù)進(jìn)行練習(xí)。
6.5.2其他操作文件打開(kāi)之后，根據(jù)一次讀寫(xiě)文件中字符的數(shù)目可分為字符輸入輸出、行輸入輸出和格式化輸入輸出，下面分別對(duì)這3種不同的方式進(jìn)行講解。
1．字符輸入輸出字符輸入輸出函數(shù)一次僅讀寫(xiě)一個(gè)字符。其中字符輸入輸出函數(shù)如表6.21和表6.22所示。
表6.21 字符輸出函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
intgetc(FILE*stream)
intfgetc(FILE*stream)
intgetchar(void)
函數(shù)傳入值
stream：要輸入的文件流
函數(shù)返回值
成功：下一個(gè)字符
失?。篍OF
表6.22 字符輸入函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
intputc(intc,FILE*stream)
intfputc(intc,FILE*stream)
intputchar(intc)
函數(shù)返回值
成功：字符c
失?。篍OF
這幾個(gè)函數(shù)功能類(lèi)似，其區(qū)別僅在于getc()和putc()通常被實(shí)現(xiàn)為宏，而fgetc()和fputc()不能實(shí)現(xiàn)為宏，因此，函數(shù)的實(shí)現(xiàn)時(shí)間會(huì)有所差別。
下面這個(gè)實(shí)例結(jié)合fputc()和fgetc()將標(biāo)準(zhǔn)輸入復(fù)制到標(biāo)準(zhǔn)輸出中去。
/*fput.c*/
#include<stdio.h>
main()
{
intc;
/*把fgetc()的結(jié)果作為fputc()的輸入*/
fputc(fgetc(stdin),stdout);
}
運(yùn)行結(jié)果如下所示：
$./fput
w（用戶(hù)輸入）
w（屏幕輸出）
2．行輸入輸出行輸入輸出函數(shù)一次操作一行。其中行輸入輸出函數(shù)如表6.23和表6.24所示。
表6.23 行輸出函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
char*gets(char*s)
charfgets(char*s,intsize,FILE*stream)
函數(shù)傳入值
s：要輸入的字符串
size：輸入的字符串長(zhǎng)度
stream：對(duì)應(yīng)的文件流
函數(shù)返回值
成功：s
失?。篘ULL
表6.24 行輸入函數(shù)語(yǔ)法要點(diǎn)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
intputs(constchar*s)
intfputs(constchar*s,FILE*stream)
函數(shù)傳入值
s：要輸出的字符串
stream：對(duì)應(yīng)的文件流
函數(shù)返回值
成功：s
失?。篘ULL
這里以gets()和puts()為例進(jìn)行說(shuō)明，本實(shí)例將標(biāo)準(zhǔn)輸入復(fù)制到標(biāo)準(zhǔn)輸出，如下所示：
/*gets.c*/
#include<stdio.h>
main()
{
chars[80];
/*同上例，把fgets()的結(jié)果作為fputs()的輸入*/
fputs(fgets(s,80,stdin),stdout);
}
運(yùn)行該程序，結(jié)果如下所示：
$./gets
Thisisstdin（用戶(hù)輸入）
Thisisstdin（屏幕輸出）
3．格式化輸入輸出格式化輸入輸出函數(shù)可以指定輸入輸出的具體格式，這里有讀者已經(jīng)非常熟悉的printf()、scanf()等函數(shù)，這里就簡(jiǎn)要介紹一下它們的格式，如表6.25～表6.27所示。
表6.25 格式化輸出函數(shù)1
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
intprintf(constchar*format,…)
intfprintf(FILE*fp,constchar*format,…)
intsprintf(char*buf,constchar*format,…)
函數(shù)傳入值
format：記錄輸出格式
fp：文件描述符
buf：記錄輸出緩沖區(qū)
函數(shù)返回值
成功：輸出字符數(shù)（sprintf返回存入數(shù)組中的字符數(shù)）
失?。篘ULL
表6.26 格式化輸出函數(shù)2
所需頭文件
#include<stdarg.h>
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
intvprintf(constchar*format,va_listarg)
intvfprintf(FILE*fp,constchar*format,va_listarg)
intvsprintf(char*buf,constchar*format,va_listarg)
函數(shù)傳入值
format：記錄輸出格式
fp：文件描述符
arg：相關(guān)命令參數(shù)
函數(shù)返回值
成功：存入數(shù)組的字符數(shù)
失?。篘ULL
表6.27 格式化輸入函數(shù)
所需頭文件
#include<stdio.h>
函數(shù)原型
intscanf(constchar*format,…)
intfscanf(FILE*fp,constchar*format,…)
intsscanf(char*buf,constchar*format,…)
函數(shù)傳入值
format：記錄輸出格式
fp：文件描述符
buf：記錄輸入緩沖區(qū)
函數(shù)返回值
成功：輸出字符數(shù)（sprintf返回存入數(shù)組中的字符數(shù)）
失敗：NULL
由于本節(jié)的函數(shù)用法比較簡(jiǎn)單，并且比較常用，因此就不再舉例了，請(qǐng)讀者需要用到時(shí)自行查找其用法。
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