PILE读书笔记_标准I/O

Posted 2020-10-10 abc_begin

在学习和分析标准I/O库的同时， 可以重点与Linux的I/O系统调用进行比较。

stdin、 stdout和stderr都是FILE类型的文件指针， 是由C库静态定义的， 直接与文件描述符0、 1和2相关联， 所以应用程序可以直接使用它们。其中，stdin是不可写的， stdout是不可读的， 而stderr不仅不可读， 且没有缓存。

 

I/O的缓存

C库的I/O接口对文件I/O进行了封装， 为了提高性能， 其引入了缓存机制， 共有三种缓存机制： 全缓存、 行缓存及无缓存。

（1）全缓存一般用于访问真正的磁盘文件。 C库会为文件访问申请一块内存， 只有当文件内容将缓存填满或执行冲刷函数flush时， C库才会将缓存内容写入内核中。

（2）行缓存一般用于访问终端。 当遇到一个换行符时， 就会引发真正的I/O操作。 需要注意的是， C库的行缓存也是固定大小的。 因此， 当缓存已满， 即使没有换行符时也会引发I/O操作。

（3）无缓存， 顾名思义， C库没有进行任何的缓存。 任何C库的I/O调用都会引发实际的I/O操作。

 

下面看一个行缓存的例子：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <unistd.h>
 4 int main(void)
 5 {
 6     printf("Hello ");
 7     if (0 == fork()) {
 8         printf("child\\n");
 9         return 0;
10     }
11     printf("parent\\n");
12     return 0;
13 }

执行结果如下：

之所以是这样的结果， 就是因为背后的行缓存。 执行printf（ "Hello"） 时， 因为printf是向标准输出打印的， 因此使用的是行缓存。 字符串Hello没有换行符， 所以并没有真正的I/O输出。 当执行fork时，子进程会完全复制父进程的内存空间， 因此字符串Hello也存在于子进程的行缓存中。 故而最后的输出结果中， 无论是父进程还是子进程都有Hello字符串。

 

fopen函数

1 # include<stdio.h>
2 FILE * fopen(const char * path,const char * mode) 

参数说明：

（1）path：需要打开的文件路径

（2）mode：文件打开方式，主要对应下表

mode	function
r	以只读方式打开文件，该文件必须存在。
r+	以可读写方式打开文件，该文件必须存在。
rb+	读写打开一个二进制文件，允许读数据。
rt+	读写打开一个文本文件，允许读和写。
w	打开只写文件，若文件存在则文件长度清为0，即该文件内容会消失。若文件不存在则建立该文件。
w+	打开可读写文件，若文件存在则文件长度清为零，即该文件内容会消失。若文件不存在则建立该文件。
a	以附加的方式打开只写文件。若文件不存在，则会建立该文件，如果文件存在，写入的数据会被加到文件尾，即文件原先的内容会被保留。（EOF符保留）
a+	以附加方式打开可读写的文件。若文件不存在，则会建立该文件，如果文件存在，写入的数据会被加到文件尾后，即文件原先的内容会被保留。 （原来的EOF符不保留）
wb	只写打开或新建一个二进制文件；只允许写数据。
wb+	读写打开或建立一个二进制文件，允许读和写。
wt+	读写打开或着建立一个文本文件；允许读写。
at+	读写打开一个文本文件，允许读或在文本末追加数据
ab+	读写打开一个二进制文件，允许读或在文件末追加数据。

 

fdopen函数

1 #include <stdio.h>
2 FILE *fdopen(int fd, const char *mode);

fdopen用于从文件描述符fd生成一个文件流FILE

 

fileno函数

1 #include <stdio.h>
2 int fileno(FILE *stream);

fileno则用于从文件流FILE得到对应的文件描述符

无论是fdopen还是fileno， 关闭文件时， 都要使用fclose来关闭文件， 而不是用close。 因为只有采用此方式， fclose作为C库函数， 才会释放文件流FILE占用的内存。

 

fread函数

1 size_t fread(void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *file);

参数说明：

（1）buffer是读取数据后存放地址

（2）size是的块长度

（3）count是块的数量，实际读取长度为size*count，返回值为块成功读取块的count数量

 

fwrite函数

1 size_t fwrite(const void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *file);

参数说明：

（1）buffer是写入数据后存放地址

（2）size是的块长度

（3）count是块的数量，实际读取长度为size*count，返回值为块成功写入块的count数量

 

下面看一个读写文件的例子：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <string.h>
 4 int main(void)
 5 {
 6     char buf[20];
 7     int ret;
 8     FILE *fp = fopen("./tmp.txt", "w+");
 9     if (!fp) {
10     printf("Fail to open file\\n");
11     return -1;
12     }
13     ret = fwrite("123", sizeof("123"), 1, fp);
14     printf("we write %d member\\n", ret);
15     memset(buf, 0, sizeof(buf));
16     ret = fread(buf, 1, 1, fp);
17     printf("We read %s, ret is %d\\n", buf, ret);
18     fwrite("456", sizeof("456"), 1, fp);
19     fclose(fp);
20     return 0;
21 }

运行结果：

为什么fread什么都没有读取到， 返回值是0呢？  因为每一次系统调用的read和write成功返回后， 文件的偏移量都会被更新 。fwrite和fread操作的是同一个文件指针fp， 也就是对应的是同一个文件描述符。 第一次fwrite后， 在tmp.txt中写入了字符串“123”， 同时文件偏移为3， 也就是到了文件尾。 进行fread操作时， 既然操作的是同一个文件描述符， 自然会共享同一个文件偏移， 那么， 从文件尾自然读取不到任何数据。

 

ferror函数

1 int  ferror(FILE *stream);

若文件流出错则返回非0，否则返回0。ferror()函数常与clearerr()函数一起使用，如果ferror(fp)发现错误，返回一个非0值，那么调用clearerr(fp)后，ferror(fp)的值变为0。

当文件流读到文件尾时， 文件流会被设置上EOF标志。 即使不使用clearerr清除EOF标志， 有新的数据， 也可以读取成功，这是因为：文件流FILE的错误标志位只有在打开IO_DEBUG的情况下才会对后面的I/O调用产生影响： 在有错误标志位的时候， 后面的I/O调用都会直接返回EOF。 而一般情况下， IO_DEBUG这个宏是没有定义的。

 

getc函数 

1 #include <stdio.h>
2 int fgetc(FILE *stream);
3 int getc(FILE *stream);

正常的情况下返回一个char，可以吗？

不可以，这些函数返回的字符是以unsigned char形式保存，然后转换为int的。因此，在int的值域里，有效的返回值总是一个正整数。例如，遇到文件结束时，返回宏EOF。通常EOF定义成-1，在int域里，-1是没有歧义的，我们不会迷惑到底是读进来了一个字符\'0xff\'，还是遇到了EOF。而在char域里，这样的歧义是存在的。