/* Standard streams. */
extern struct _IO_FILE *stdin; /* Standard input stream. */
extern struct _IO_FILE *stdout; /* Standard output stream. */
extern struct _IO_FILE *stderr; /* Standard error output stream. */
/* C89/C99 say they're macros. Make them happy. */
#define stdin stdin
#define stdout stdout
#define stderr stderr

四、fopen（） fread()   fwrite()

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

五、fseek 定位

六、检查或复位标志

调用 fread() 读取数据时，如果返回值小于参数 nmemb 所指定的值，表示发生了错误或者已经到了文件末尾（文件结束 end-of-file ），但 fread() 无法具体确定是哪一种情况；在这种情况下，可以通过判断错误标志或 end-of-file 标志来确定具体的情况。

feof() 函数

ferror() 函数

clearerr() 函数

七、格式化IO

在前面编写的测试代码中，会经常使用到库函数 printf() 用于输出程序中的打印信息， printf() 函数可将格式化数据写入到标准输出，所以通常称为格式化输出。除了 printf() 之外，格式化输出还包括： fprintf() 、 dprintf()、 sprintf() 、 snprintf() 这 4 个库函数。 除了格式化输出之外，自然也有格式化输入，从标准输入中获取格式化数据，格式化输入包括：scanf() 、 fscanf()、 sscanf() 这三个库函数。

格式化输出：

C 库函数提供了 5 个格式化输出函数，包括： printf() 、 fprintf() 、 dprintf() 、 sprintf() 、 snprintf() ，其函数定义如下所示：

#include <stdio.h>
int printf(const char *format, ...);
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
int dprintf(int fd, const char *format, ...);
int sprintf(char *buf, const char *format, ...);
int snprintf(char *buf, size_t size, const char *format, ...);

可以看到，这 5 个函数都是可变参函数，它们都有一个共同的参数 format ，这是一个字符串，称为格式控制字符串，用于指定后续的参数如何进行格式转换，所以才把这些函数称为格式化输出，因为它们可以以调用者指定的格式进行转换输出。

格式控制字符串 format​​​​​​​

把这个参数称为格式控制字符串，顾名思义，首先它是一个字符串的形式，其次它能够控制后续变参的格式转换。

格式控制字符串由两部分组成：普通字符（非 % 字符）和转换说明。普通字符会进行原样输出，每个转换说明都会对应后续的一个参数，通常有几个转换说明就需要提供几个参数（除固定参数之外的参数），使 之一一对应，用于控制对应的参数如何进行转换。

转换说明的描述信息需要和与之相对应的参数对应的数据类型要进行匹配，如果不匹配通常会编译报错或者警告！ ​​​​​​​

格式化输入：

C 库函数提供了 3 个格式化输入函数，包括： scanf() 、 fscanf() 、 sscanf() ，其函数定义如下所示：

#include <stdio.h>
int scanf(const char *format, ...);
int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
int sscanf(const char *str, const char *format, ...);

八、I/O缓冲

出于速度和效率的考虑，系统 I/O 调用（即文件 I/O ， open 、 read 、 write 等）和标准 C 语言库 I/O 函数 （即标准 I/O 函数）在操作磁盘文件时会对数据进行缓冲。

1、文件 I/O 的内核缓冲

read() 和 write() 系统调用在进行文件读写操作的时候并不会直接访问磁盘设备，而是仅仅在用户空间缓冲区和内核缓冲区（kernel buffer cache ）之间复制数据。

调用 write()后仅仅只是将 字节数据拷贝到了内核空间的缓冲区中，拷贝完成之后函数就返回了， 在后面的某个时刻，内核会将其缓冲区中的数据写入（刷新）到磁盘设备中，所以由此可知，系统调用 write() 与磁盘操作并不是同步的，write()函数并不会等待数据真正写入到磁盘之后再返回。此外当调用 close() 或显式同步操作（如 fsync()、 fdatasync() 或 sync()）时，操作系统也会将相应文件的缓冲区数据写入磁盘。

如果在此期间，其它进 程调用 read() 函数读取该文件的这几个字节数据，那么内核将自动从缓冲区中读取这几个字节数据返回给应用程序。

我们把这个内核缓冲区就称为文件 I/O 的内核缓冲。这样的设计，目的是为了提高文件 I/O 的速度和效 率，使得系统调用 read()、write()的操作更为快速，不需要等待磁盘操作（将数据写入到磁盘或从磁盘读取 出数据），磁盘操作通常是比较缓慢的。同时这一设计也更为高效，减少了内核操作磁盘的次数。

刷新文件 I/O 的内核缓冲区

强制将文件 I/O 内核缓冲区中缓存的数据写入（刷新）到磁盘设备中，对于某些应用程序来说，可能是 很有必要的，例如，应用程序在进行某操作之前，必须要确保前面步骤调用 write() 写入到文件的数据已经真 正写入到了磁盘中，诸如一些数据库的日志进程。

联系到一个实际的使用场景，当我们在 Ubuntu 系统下拷贝文件到 U 盘时，文件拷贝完成之后，通常在拔掉 U 盘之前，需要执行 sync 命令进行同步操作，这个同步操作其实就是将文件 I/O 内核缓冲区中的数据更新到 U 盘硬件设备，所以如果在没有执行 sync 命令时拔掉 U 盘，很可能就会导致拷贝到 U 盘中的文件遭到破坏！

㈠、 fsync() 函数

㈡、 fdatasync() 函数

㈢、 sync() 函数

对性能的影响

在程序中频繁调用 fsync() 、 fdatasync() 、 sync() （或者调用 open 时指定 O_DSYNC 或 O_SYNC 标志） 对性能的影响极大，大部分的应用程序是没有这种需求的，所以在大部分应用程序当中基本不会使用到。

直接 I/O：绕过内核缓冲

从 Linux 内核 2.4 版本开始， Linux 允许应用程序在执行文件 I/O 操作时绕过内核缓冲区，从用户空间 直接将数据传递到文件或磁盘设备，把这种操作也称为直接 I/O （ direct I/O ）或裸 I/O （ raw I/O）。直接 I/O 只在一些特定的需求场合，譬如磁盘速率测试工具、数据库系统等。

​​​​​​​​​​​​​​

2、标准IO的stdio 缓冲

标准 I/O（fopen、fread、fwrite、fclose、fseek 等）是 C 语言标准库函数，而文件 I/O（open、read、write、 close、lseek 等）是系统调用，虽然标准 I/O 是在文件 I/O 基础上进行封装而实现（譬如 fopen 内部实际上调 用了 open、fread 内部调用了 read 等），但在效率、性能上标准 I/O 要优于文件 I/O，其原因在于标准 I/O 实 现维护了自己的缓冲区，我们把这个缓冲区称为 stdio 缓冲区。

通过这样的优化操作，当操作磁盘文件时，在用户空间缓存大块数据以减少调用系统调用的次数，使得 效率、性能得到优化。使用标准 I/O 可以使编程者免于自行处理对数据的缓冲，无论是调用 write() 写入数据、还是调用 read() 读取数据。

对 stdio 缓冲进行设置

C 语言提供了一些库函数可用于对标准 I/O 的 stdio 缓冲区进行相关的一些设置，包括 setbuf() 、 setbuffer() 以及 setvbuf() 。

刷新 stdio 缓冲区

㈠、关闭文件时刷新 stdio 缓冲区

 fclose(stdout); //关闭标准输出

㈡、程序退出时刷新 stdio 缓冲区

总结：

从图中自上而下，

1）首先应用程序调用标准 I/O 库函数将用户数据写入到 stdio 缓冲区中， stdio 缓冲区是 由 stdio 库所维护的用户空间缓冲区。

2）针对不同的缓冲模式，当满足条件时， stdio 库会调用文件 I/O （系统 调用 I/O ）将 stdio 缓冲区中缓存的数据写入到内核缓冲区中，内核缓冲区位于内核空间。

3）最终由内核向磁 盘设备发起读写操作，将内核缓冲区中的数据写入到磁盘（或者从磁盘设备读取数据到内核缓冲区）。

应用程序调用库函数可以对 stdio 缓冲区进行相应的设置，设置缓冲区缓冲模式、缓冲区大小以及由调 用者指定一块空间作为 stdio 缓冲区，并且可以强制调用 fflush() 函数刷新缓冲区；而对于内核缓冲区来说， 应用程序可以调用相关系统调用对内核缓冲区进行控制，譬如调用 fsync() 、 fdatasync() 或 sync() 来刷新内核 缓冲区（或通过 open 指定 O_SYNC 或 O_DSYNC 标志），或者使用直接 I/O 绕过内核缓冲区（ open 函数 指定 O_DIRECT 标志）。

九、文件描述符与 FILE 指针互转

在应用程序中，在同一个文件上执行 I/O 操作时，还可以将文件 I/O （系统调用 I/O ）与标准 I/O 混合使 用，这个时候我们就需要将文件描述符和 FILE 指针对象之间进行转换，此时可以借助于库函数 fdopen() 、 fileno()来完成。

库函数 fileno() 可以将标准 I/O 中使用的 FILE 指针转换为文件 I/O 中所使用的文件描述符，而 fdopen() 则进行着相反的操作。

当混合使用文件 I/O 和标准 I/O 时，需要特别注意缓冲的问题，文件 I/O 会直接将数据写入到内核缓冲 区进行高速缓存，而标准 I/O 则会将数据写入到 stdio 缓冲区，之后再调用 write() 将 stdio 缓冲区中的数据写入到内核缓冲区。譬如下面这段代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
printf("print");
write(STDOUT_FILENO, "write\n", 6);
exit(0);
}

执行结果你会发现，先输出了 "write" 字符串信息，接着再输出了 "print" 字符串信息，产生这个问题的原因很简单：

printf函数是标准IO函数，且是行缓冲的，他会将数据先输入到stdio缓冲区中，遇到换行符、程序退出或者主动刷新时才会将数据刷新进内核缓冲区，在终端显示。

write函数是系统调用函数，会直接将数据写入内核缓冲区中。