linux学习：标准IO

接口

打开文件

关闭文件

读写

每次一个字符的读写标准 IO 函数接口

每次一行的读写标准 IO 函数接口

每次读写若干数据块的标准 IO 函数接口

获取或设置文件当前位置偏移量

标准格式化 IO 函数

系统 IO 的最大特点一个是更具通用性，不管是普通文件、管道文件、设备节点文件、套接字文件等等都可以使用，另一个是他的简约性，对文件内数据的读写在任何情况下都是不带任何格式的，而且数据的读写也都没有经过任何缓冲处理，这样做的理由是尽量精简内核 API，而更加丰富的功能应该交给第三方库去进一步完善

标准 C 库是最常用的第三方库，而标准 IO 就是标准 C 库中的一部分接口，这一部分接口实际上是系统 IO 的封装，他提供了更加丰富的读写方式，比如可以按格式读写、按 ASCII 码字符读写、按二进制读写、按行读写、按数据块读写等等，还可以提供数据读写缓冲功能，极大提高程序读写效率

接口

打开文件

返回的文件指针是一种指向结构体 FILE{}的指针，该结构体在标准 IO 中被定义

typedef struct _IO_FILE FILE; // 定义 FILE 等价于 _IO_FILEstruct _IO_FILE {int _flags; /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */#define _IO_file_flags _flags// The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. // Note: Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. 251 char*                 _IO_read_ptr;char* _IO_read_end;char* _IO_read_base;char* _IO_write_base;char* _IO_write_ptr;char* _IO_write_end;char* _IO_buf_base;char* _IO_buf_end;/* The following fields are used to support backing up and undo. */char *_IO_save_base;char *_IO_backup_base;char *_IO_save_end;struct _IO_marker *_markers;struct _IO_FILE *_chain;int _fileno; // 文件描述符#if 0int _blksize;#elseint _flags2;#endif_IO_off_t _old_offset;#define __HAVE_COLUMN /* temporary *//* 1+column number of pbase(); 0 is unknown. */unsigned short _cur_column;signed char _vtable_offset;char _shortbuf[1];/* char* _save_gptr; char* _save_egptr; */_IO_lock_t *_lock;#ifdef _IO_USE_OLD_IO_FILE
};

数据将会先存储在一个标准 IO 缓冲区中，而后在一定条件下才被一并 flush（冲洗，或称刷新）至内核缓冲区，而不是像系统 IO那样，数据直接被flush至内核

标准 IO 函数 fopen( )实质上是系统 IO 函数 open( )的封装，他们是一一对应的，每一次 fopen( )都会导致系统分配一个 file{ }结构体和一个 FILE{}来保存维护该文件的读写信息，每一次的打开和操作都可以不一样，是相对独立的，因此可以在多线程或者多进程中多次打开同一个文件，再利用文件空洞技术进行多点读写

关闭文件

该函数用于释放由 fopen( )申请的系统资源，包括释放标准 IO 缓冲区内存，因此 fclose( )不能对一个文件重复关闭

读写

每次一个字符的读写标准 IO 函数接口

fgetc( )、getc( )和 getchar( )返回值是 int，而不是 char，原因是因为他们在出错或者读到文件末尾的时候需要返回一个值为 -1 的 EOF 标记，而 char 型数据有可能因为系统的差异而无法表示负整数。
当 fgec( )、getc( )和 getchar( )返回 EOF 时，有可能是发生了错误，也有可能是读到了文件末尾

getchar( )缺省从标准输入设备读取一个字符。
putchar( )缺省从标准输出设备输出一个字符。
fgetc( )和 fputc( )是函数，getc( )和 putc( )是宏定义。
两组输入输出函数一般成对地使用，fgetc( )和 fputc( )，getc( )和 putc( )， getchar( )和 putchar( ).

普通文件的拷贝操作

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <stdbool.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <string.h>
6 #include <strings.h>
7 #include <errno.h>
8
9 #include <sys/stat.h>
10 #include <sys/types.h>
11 #include <fcntl.h>
12
13 int main(int argc, char **argv)
14 {
15     if(argc != 3)
16     {
17         printf("Usage: %s <src> <dst>\n", argv[0]);
18         exit(1);
19     }
20
21     // 分别以只读和只写模式打开源文件和目标文件
22     FILE *fp_src = fopen(argv[1], "r");
23     FILE *fp_dst = fopen(argv[2], "w");
24
25     // 如果返回 NULL 则程序出错退出
26     if(fp_src == NULL || fp_dst == NULL)
27     {
28         perror("fopen()");
29         exit(1);
30     }
31
32     int c, total = 0;
33     while(1)
34     {
35         c = fgetc(fp_src); // 从源文件读取一个字符存储在变量 c 中
36
37         if(c == EOF && feof(fp_src)) // 已达文件末尾
38         {
39             printf("copy completed, " 40 "%d bytes have been copied.\n", total);
41             break;
42         }
43         else if(ferror(fp_src)) // 遇到错误
44         {
45             perror("fgetc()");
46             break;
47         }
48
49         fputc(c, fp_dst); // 将变量 c 中的字符写入目标文件中
50         total++; // 累计拷贝字符个数
51     }
52
53     // 正常关闭文件指针，释放系统资源
54     fclose(fp_src);
55     fclose(fp_dst);
56
57     return 0;
58 }

每次一行的读写标准 IO 函数接口

fgets( )跟 fgetc( )一样，当其返回 NULL 时并不能确定究竟是达到文件末尾还是碰到错误，需要用 feof( )/ferror( )来进一步判断。
fgets( )每次读取至多不超过 size 个字节的一行，所谓“一行”即数据至多包含一个换行符’\n’。
gets( )是一个已经过时的接口，因为他没有指定自定义缓冲区 s 的大小，这样很容易造成缓冲区溢出，导致程序段访问错误。
fgets( )和 fputs( )，gets( )和 puts( )一般成对使用，鉴于 gets( )的不安全性，一般建议使用前者。

普通文件拷贝

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <stdbool.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <string.h>
6 #include <strings.h>
7 #include <errno.h>
8
9 #include <sys/stat.h>
10 #include <sys/types.h>
11 #include <fcntl.h>
12
13 #define BUFSIZE 100
14
15 int main(int argc, char **argv)
16 {
17     if(argc != 3)
18     {
19         printf("Usage: %s <src> <dst>\n", argv[0])
20         exit(1);
21     }
22
23     // 分别以只读和只写模式打开源文件和目标文件
24     FILE *fp_src = fopen(argv[1], "r");
25     FILE *fp_dst = fopen(argv[2], "w");
26
27     // 如果返回 NULL 则程序出错退出
28     if(fp_src == NULL || fp_dst == NULL)
29     {
30         perror("fopen()");
31         exit(1);
32     }
33
34     char buf[BUFSIZE]; // 自定义缓冲区
35     int total = 0;
36     while(1)
37     {
38         bzero(buf, BUFSIZE);
39         if(fgets(buf, BUFSIZE, fp_src) == NULL) // 从源文件读数据
40         {
41             if(feof(fp_src)) // 已达文件末尾
42             {
43                 printf("copy completed, %d bytes" 
44                     " have been copied.\n", total);
45                 break;
46             }
47             else if(ferror(fp_src)) // 遇到错误
48             {
49                 perror("fgetc()");
50                 break;
51             }
52         }
53
54         fputs(buf, fp_dst); // 将自定义缓冲区中的数据写入目标文件
55         total += strlen(buf); // 累计拷贝的字节个数
56     }
57
58     // 正常关闭文件指针，释放系统资源
59     fclose(fp_src);
60     fclose(fp_dst);
61
62     return 0;
63 }

每次读写若干数据块的标准 IO 函数接口

这一组标准 IO 函数被称为“直接 IO 函数”或者“二进制 IO 函数”，因为他们对数据的读写严格按照规定的数据块数和数据块的大小来处理，而不会对数据格式做任何处理，而且当数据块中出现特殊字符，比如换行符’\n’、字符串结束标记’\0’等时不会受到影响

如果 fread( )返回值小于 nmemb 时，则可能已达末尾，或者遇到错误，需要借助于 feof( )/ferror( )来加以进一步判断。
当发生上述第 1 种情况时，其返回值并不能真正反映其读取或者写入的数据块数，而只是一个所谓的“截短值”，比如正常读取 5 个数据块，每个数据块 100 个字节，在执行成功的情况下返回值是 5，表示读到 5 个数据块总共 500 个字节，但是如果只读到 499 个数据块，那么返回值就变成 4，而如果读到 99 个字节，那么 fread( )会返回 0。因此当发生返回值小于 nmemb 时，需要仔细确定究竟读取了几个字节，而不能直接从返回值确定。

获取或设置文件当前位置偏移量

fseek( )的用法基本上跟系统 IO 的 lseek( )是一致的。
rewind(fp)相等于 fseek(fp, 0L,

标准格式化 IO 函数

格式化 IO 函数中最常用的莫过于 printf( )和 scanf( )了，但从上表中可以看到，他们其实各自都有一些功能类似的兄弟函数可用

fprintf( )不仅可以像 printf( )一样向标准输出设备输出信息，也可以向由 stream 指定的任何有相应权限的文件写入数据。
sprintf()和 snprintf()都是向一块自定义缓冲区写入数据，不同的是后者第二个参数提供了这块缓冲区的大小，避免缓冲区溢出，因此应尽量使用后者，放弃使用前者。
fscanf( )不仅可以像 scanf( )一样从标准输入设备读入信息，也可以从由 stream 指定的任何有相应权限的文件读入数据。
sscanf( )从一块由 s 指定的自定义缓冲区中读入数据。
最重要的一条：这些函数的读写都是带格式的

假设有一个文件存储了班级学生的姓名、性别、年龄和身高，需要将这个文件读入程序，再将之打印到屏幕显示出来

Mike M 18 167.2
Lucy F 17 155.3
Jack M 22 171.0
Joe  M 19 175.1
Rose F 21 169.1

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <stdbool.h>
4 #include <unistd.h>
5 #include <string.h>
6 #include <strings.h>
7 #include <errno.h>
8
9 #include <sys/stat.h>
10 #include <sys/types.h>
11 #include <fcntl.h>
12
13 #define NAMELEN 20
14
15 struct student // 用来存放一个带有一定数据格式的学生节点
16 {
17     char name[NAMELEN];
18     char sex;
19     int age;
20     float stature;
21
22     struct student *next; // 链表
23 };
24
25 struct student *init_list(void) // 初始化一个空链表
26 {
27     struct student *head = malloc(sizeof(struct student));
28     head->next = NULL;
29
30     return head;
31 }
32
33 // 将新节点 new 添加到链表 head 中
34 void add_student(struct student *head, struct student *new)
35 {
36     struct student *tmp = head;
37
38     while(tmp->next != NULL)
39     tmp = tmp->next;
40
41     tmp->next = new;
42 }
43
44 // 显示链表中的所有节点
45 void show_student(struct student *head)
46 {
47     struct student *tmp = head->next;
48
49     while(tmp != NULL)
50     {
51         fprintf(stdout, "%-5s %c %d %.1f\n", 52 tmp->name, tmp->sex, tmp->age, tmp->stature);
53
54         tmp = tmp->next;
55     }
56 }
57
58 int main(int argc, char **argv)
59 {
60     FILE *fp = fopen("format_data", "r");
61
62     // 创建一个用来保存学生节点的空链表
63     struct student *head = init_list();
64
65     int count = 0;
66     while(1)
67     {
68         struct student *new = malloc(sizeof(struct student));
69
70         // 从文件 fp 中按照格式读取数据，并将之填充到 new 中
71         if(fscanf(fp, "%s %c %d %f", 
72             new->name, &(new->sex), 
73             &(new->age), &(new->stature)) == EOF)
74         {
75             break;
76         }
77
78         // 将新节点 new 加入到链表 head 中
79         add_student(head, new);
80         count++;
81     }
82
83     printf("%d students have been added.\n", count);
84     show_student(head); // 打印所有的节点
85
86     fclose(fp); // 关闭文件指针，释放系统资源
87
88     return 0;
89 }