缓冲文件系统(fopen/fread/fwrite)和非缓冲文件系统(open/read/write)

Posted 2021-08-31 “好记性不如”烂博客

open：系统调用，返回的是文件描述符，即文件句柄，是文件在文件描述副表里的索引。

fopen：C语言库函数，返回的是一个指向文件结构的指针。fopen是ANSI C标准中的C语言库函数，在不同的操作系统中应该调用不同的内核API，UNIX环境下，fopen是对open的封装。

文件描述符是UNIX/Linux下的一个概念，Linux环境下，一切设备皆是文件，一切设备皆是以文件的形式进行操作，如网络套接字、硬件设备等。

设备文件不可以当成流式文件来处理，因此，只能使用open，而fopen只是用来操纵正规文件的，并且设置有缓冲，跟open还是有区别的。

open和fopen的区别在于：

1.缓冲文件系统

缓冲文件系统是借助于文件结构体指针FILE *来对文件进行管理，通过文件指针对文件进行访问，即可以读写字符、字符串、格式化数据，也可以读写二进制数据。

缓 冲文件系统特点：在内存中开辟一个“缓冲区”，为程序里每一个文件使用，当执行读文件操作时，从磁盘文件将数据先读入内存“缓冲区”，装满后再从内存“缓冲区”依次读入接收的变量。执行写文件操作时，也是先将数据写入内存“缓冲区”，待内存“缓冲区”装满后再写入文件。由此可以看出，内存“缓冲区”的大 小，影响着实际操作外在的次数，内存“缓冲区”越大，则操作外存的次数就越少，执行速度就越快，效率就越高。一般来说，文件“缓冲区”的大小跟机器是相关的。

缓冲文件系统的IO函数主要包括：fopen, fclose, fread, fwrite, fgetc,fgets, fputc, fputs, freopen, fseek, ftell, rewind等。

2.非缓冲文件系统

非缓冲文件系统依赖于操作系统，通过操作系统的功能对文件进行读写，是系统级的输入输出，它不设文件结构体指针，只能读写二进制文件（对于UNIX系统内核而言，文本文件和二进制代码文件并无区别），但效率高、速度快，由于ANSI标准不再包括非缓冲文件系统，因此，在读取正规的文件时，建议大家最好不要选择它。

非缓冲文件系统的IO函数主要包括：open, close, read, write, getc,getchar, putc, putchar等。

两者的区别：

1. fopen 系列是标准的C库函数；open系列是 POSIX 定义的，是UNIX系统里的systemcall。
   也就是说，fopen系列更具有可移植性；而open系列只能用在 POSIX 的操作系统上。
2. 使用fopen 系列函数时要定义一个指代文件的对象，被称为“文件句柄”（filehandler），是一个结构体；而open系列使用的是一个被称为“文件描述符” （file descriptor）的int型整数。
3. fopen 系列是级别较高的I/O，读写时使用缓冲；而open系列相对低层，更接近操作系统，读写时没有缓冲。由于能更多地与操作系统打交道，open系列可以访问更改一些fopen系列无法访问的信息，如查看文件的读写权限。这些额外的功能通常因系统而异。
4. 使用fopen系列函数需要"#include<sdtio.h>"；使用open系列函数需要"#include <fcntl.h>" ，链接时要之用libc（-lc）
   小结：
   总的来说，为了使程序获得更好的可移植性，未到非得使用一些fopen系列无法实现的功能的情况下，fopen系列是首选。

函数原型：

FILE fopen(constchar filename,constchar* mode );
filename 是字符串，用来命名文件，mode 为访问模式的值

int fclose( FILE *fp );
如果成功关闭文件，fclose( ) 函数返回零，如果关闭文件时发生错误，函数返回 EOF。

size_t fread(void *ptr, size_tsize_of_elements, size_tnumber_of_elements, FILE *a_file);

size_t fwrite(constvoid *ptr, size_tsize_of_elements, size_tnumber_of_elements, FILE *a_file);

文件描述符和文件指针的区别

文件描述符就是open文件时产生的一个整数，一般用fd表示，其实就是一个索引，在UNIX系统中，用来标识文件。

文件指针是是一个指向FILE的结构体，在这个结构体当中，文件描述符是它的元素之一。它用于ANSI C标准的IO库调用中，用来标识文件。

因为FILE结构体中包含了文件描述符，所以我们在调用open() 打开一个文件的时候，会通过来这个open来获得文件描述符fd。

对于一个文件来说，它的文件描述符是唯一的，但是它的文件指针却不是唯一的，只是这些指针指向的对象是唯一的，也就是这个文件。

FILE *中除了包含了fd信息，还包含了IO缓冲，所以可以理解为FILE是对fd的封装，是C标准形式，所以FILE *比fd更适合跨平台，一般情况下优先选择fopen。

C语言文件指针与文件描述符之间可以相互转换：

int fileno(FILE *stream);

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