6.5 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ANSI C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。因為運行系統(tǒng)調(diào)用時,Linux必須從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài),執(zhí)行相應(yīng)的請求,然后再返回到用戶態(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種類型的緩沖存儲。
n 全緩沖:在這種情況下,當(dāng)填滿標(biāo)準(zhǔn)I/O緩存后才進行實際I/O操作。存放在磁盤上的文件通常是由標(biāo)準(zhǔn)I/O庫實施全緩沖的。在一個流上執(zhí)行第一次I/O操作時,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,標(biāo)準(zhǔn)I/O庫執(zhí)行I/O操作。這允許我們一次輸出一個字符(如fputc()函數(shù)),但只有寫了一行之后才進行實際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庫不對字符進行緩沖。如果用標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)寫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)將這些字符全寫到被打開的文件上。標(biāo)準(zhǔn)出錯stderr通常是不帶緩存的,這就使得出錯信息可以盡快顯示出來,而不管它們是否含有一個行結(jié)束符。
在下面討論具體函數(shù)時,請讀者注意區(qū)分以上的三種不同情況。
6.5.1 基本操作
1.打開文件
(1)函數(shù)說明。
打開文件有三個標(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,但都返回一個指向FILE的指針,該指針指向?qū)?yīng)的I/O流。此后,對文件的讀寫都是通過這個FILE指針來進行。其中fopen()可以指定打開文件的路徑和模式,fdopen()可以指定打開的文件描述符和模式,而freopen()除可指定打開的文件、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)語法要點
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
FILE * fopen(const char * path, const char * mode) |
函數(shù)傳入值 |
Path:包含要打開的文件路徑及文件名 |
mode:文件打開狀態(tài)(后面會具體說明) |
|
函數(shù)返回值 |
成功:指向FILE的指針 |
其中,mode類似于open()函數(shù)中的flag,可以定義打開文件的訪問權(quán)限等,表6.15說明了fopen()中mode的各種取值。
表6.15 mode取值說明
r或rb |
打開只讀文件,該文件必須存在 |
r+或r+b |
打開可讀寫的文件,該文件必須存在 |
W或wb |
打開只寫文件,若文件存在則文件長度清為0,即會擦寫文件以前的內(nèi)容。若文件不存在則建立該文件 |
w+或w+b |
打開可讀寫文件,若文件存在則文件長度清為0,即會擦寫文件以前的內(nèi)容。若文件不存在則建立該文件 |
a或ab |
以附加的方式打開只寫文件。若文件不存在,則會建立該文件;如果文件存在,寫入的數(shù)據(jù)會被加到文件尾,即文件原先的內(nèi)容會被保留 |
a+或a+b |
以附加方式打開可讀寫的文件。若文件不存在,則會建立該文件;如果文件存在,寫入的數(shù)據(jù)會被加到文件尾后,即文件原先的內(nèi)容會被保留 |
注意在每個選項中加入b字符用來告訴函數(shù)庫打開的文件為二進制文件,而非純文本文件。不過在Linux系統(tǒng)中會自動識別不同類型的文件而將此符號忽略。
fdopen()函數(shù)格式如表6.16所示。
表6.16 fdopen()函數(shù)語法要點
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
FILE * fdopen(int fd, const char * mode) |
函數(shù)傳入值 |
fd:要打開的文件描述符 |
mode:文件打開狀態(tài)(后面會具體說明) |
|
函數(shù)返回值 |
成功:指向FILE的指針 |
freopen()函數(shù)格式如表6.17所示。
表6.17 freopen()函數(shù)語法要點
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
FILE * freopen(const char *path, const char * mode, FILE * stream) |
函數(shù)傳入值 |
path:包含要打開的文件路徑及文件名 |
mode:文件打開狀態(tài)(后面會具體說明) |
|
stream:已打開的文件指針 |
|
函數(shù)返回值 |
成功:指向FILE的指針 |
2.關(guān)閉文件
(1)函數(shù)說明。
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)格式說明。
fclose()函數(shù)格式如表6.18所示。
表6.18 fclose()函數(shù)語法要點
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
int fclose(FILE * stream) |
函數(shù)傳入值 |
stream:已打開的文件指針 |
函數(shù)返回值 |
成功:0 |
3.讀文件
(1)fread()函數(shù)說明。
在文件流被打開之后,可對文件流進行讀寫等操作,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)語法要點
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
size_t fread(void * ptr,size_t size,size_t nmemb,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:返回實際讀取到的nmemb數(shù)目 |
4.寫文件
(1)fwrite()函數(shù)說明。
fwrite()函數(shù)用于對指定的文件流進行寫操作。
(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)語法要點
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
size_t fwrite(const void * ptr,size_t size, size_t nmemb, FILE * stream) |
續(xù)表
函數(shù)傳入值 |
ptr:存放寫入記錄的緩沖區(qū) |
size:寫入的記錄大小 |
|
nmemb:寫入的記錄數(shù) |
|
stream:要寫入的文件流 |
|
函數(shù)返回值 |
成功:返回實際寫入的記錄數(shù)目 |
5.使用實例
下面實例的功能跟底層I/O操作的實例基本相同,運行結(jié)果也相同(請參考6.3.1節(jié)的實例),只是用標(biāo)準(zhǔn)I/O庫的文件操作來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>
#define BUFFER_SIZE 1024 /* 每次讀寫緩存大小 */
#define SRC_FILE_NAME "src_file" /* 源文件名 */
#define DEST_FILE_NAME "dest_file" /* 目標(biāo)文件名文件名 */
#define OFFSET 10240 /* 復(fù)制的數(shù)據(jù)大小 */
int main()
{
FILE *src_file, *dest_file;
unsigned char buff[BUFFER_SIZE];
int real_read_len;
/* 以只讀方式打開源文件 */
src_file = fopen(SRC_FILE_NAME, "r");
/* 以寫方式打開目標(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("Open file errorn");
exit(1);
}
/* 將源文件的讀寫指針移到最后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)并寫到目標(biāo)文件中,每次讀寫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);
return 0;
}
讀者可以嘗試用其他文件打開函數(shù)進行練習(xí)。
6.5.2 其他操作
文件打開之后,根據(jù)一次讀寫文件中字符的數(shù)目可分為字符輸入輸出、行輸入輸出和格式化輸入輸出,下面分別對這3種不同的方式進行講解。
1.字符輸入輸出
字符輸入輸出函數(shù)一次僅讀寫一個字符。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)語法要點
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
int getc(FILE * stream) |
函數(shù)傳入值 |
stream:要輸入的文件流 |
函數(shù)返回值 |
成功:下一個字符 |
表6.22 字符輸入函數(shù)語法要點
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
int putc(int c, FILE * stream) |
函數(shù)返回值 |
成功:字符c |
這幾個函數(shù)功能類似,其區(qū)別僅在于getc()和putc()通常被實現(xiàn)為宏,而fgetc()和fputc()不能實現(xiàn)為宏,因此,函數(shù)的實現(xiàn)時間會有所差別。
下面這個實例結(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()
{
int c;
/*把fgetc()的結(jié)果作為fputc()的輸入*/
fputc(fgetc(stdin), stdout);
}
運行結(jié)果如下所示:
$ ./fput
w(用戶輸入)
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)語法要點
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
char * gets(char *s) |
函數(shù)傳入值 |
s:要輸入的字符串 |
函數(shù)返回值 |
成功:s |
表6.24 行輸入函數(shù)語法要點
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
int puts(const char *s) |
函數(shù)傳入值 |
s:要輸出的字符串 |
函數(shù)返回值 |
成功:s |
這里以gets()和puts()為例進行說明,本實例將標(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()
{
char s[80];
/*同上例,把fgets()的結(jié)果作為fputs()的輸入*/
fputs(fgets(s, 80, stdin), stdout);
}
運行該程序,結(jié)果如下所示:
$ ./gets
This is stdin(用戶輸入)
This is stdin(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 |
int printf(const char *format,…) |
函數(shù)傳入值 |
format:記錄輸出格式 |
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)) |
表6.26 格式化輸出函數(shù)2
所需頭文件 |
#include <stdarg.h> |
函數(shù)原型 |
int vprintf(const char *format, va_list arg) |
函數(shù)傳入值 |
format:記錄輸出格式 |
函數(shù)返回值 |
成功:存入數(shù)組的字符數(shù) |
表6.27 格式化輸入函數(shù)
所需頭文件 |
#include <stdio.h> |
函數(shù)原型 |
int scanf(const char *format,…) |
函數(shù)傳入值 |
format:記錄輸出格式 |
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)) |
由于本節(jié)的函數(shù)用法比較簡單,并且比較常用,因此就不再舉例了,請讀者需要用到時自行查找其用法。