《Unix/linux编程实践教程》第二章部分习题相关知识整理

open和fopen的区别（2.3）

1.缓冲文件系统

缓冲文件系统的特点是：在内存开辟一个“缓冲区”，为程序中的每一个文件使用，当执行读文件的操作时，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”依此读入接收的变量。执行写文件的操作时，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，影响着实际操作外存的次数，内存“缓冲区”越大，则操作外存的次数就少，执行速度就快、效率高。一般来说，文件“缓冲区”的大小随机器 而定。

fopen, fclose, fread, fwrite, fgetc, fgets, fputc, fputs, freopen, fseek, ftell, rewind等

2.非缓冲文件系统

缓冲文件系统是借助文件结构体指针来对文件进行管理，通过文件指针来对文件进行访问，既可以读写字符、字符串、格式化数据，也可以读写二进制数 据。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，但效率高、速度 快，由于ANSI标准不再包括非缓冲文件系统，因此建议大家最好不要选择它。本书只作简单介绍。open, close, read, write, getc, getchar, putc, putchar 等。

open与fopen相比

前者属于低级IO，后者是高级IO。

前者返回一个文件描述符(用户程序区的)，后者返回一个文件指针。

前者无缓冲，后者有缓冲。

前者与 read, write 等配合使用， 后者与 fread, fwrite等配合使用。

后者是在前者的基础上扩充而来的，在大多数情况下，用后者。

open 是系统调用 返回的是文件句柄，文件的句柄是文件在文件描述副表里的索引，fopen是C的库函数，返回的是一个指向文件结构的指针。

C语言FILE结构体以及缓冲区深入探讨（2.4）

在C语言中，用一个指针变量指向一个文件，这个指针称为文件指针。通过文件指针就可对它所指的文件进行各种操作。

定义文件指针的一般形式为：

FILE *fp;

这里的FILE，实际上是在stdio.h中定义的一个结构体，该结构体中含有文件名、文件状态和文件当前位置等信息。我们通过fopen返回一个文件指针(指向FILE结构体的指针)来进行文件操作。

注意：FILE是文件缓冲区的结构，fp也是指向文件缓冲区的指针。

不同编译器 stdio.h 头文件中对 FILE 的定义略有差异，这里以标准C举例说明：

1. #define NULL 0
2. #define EOF (-1)
3. #define BUFSIZ 1024
4. #define OPEN_MAX 20 // 一次打开的最大文件数
5. // 定义FILE结构体
6. typedef struct _iobuf {
7. int cnt; // 剩余的字符，如果是输入缓冲区，那么就表示缓冲区中还有多少个字符未被读取
8. char *ptr; // 下一个要被读取的字符的地址
9. char *base; // 缓冲区基地址
10. int flag; // 读写状态标志位
11. int fd; // 文件描述符
12. } FILE;
13. extern FILE _iob[OPEN_MAX];
14. #define stdin (&_iob[0]) // stdin 的文件描述符为0
15. #define stdout (&_iob[1]) // stdout 的文件描述符为1
16. #define stderr (&_iob[2]) // stdout 的文件描述符为2
17. enum _flags {
18. _READ =01, // 读文件
19. _WRITE =02, // 写文件
20. _UNBUF =04, // 无缓冲
21. _EOF = 010, // 文件结尾EOF
22. _ERR = 020 // 出错
23. };
24. int _fillbuf(FILE *); // 函数声明，填充缓冲区
25. int _flushbuf(int, FILE *); // 函数声明，刷新缓冲区
26. #define feof(p) ((p)->flag & _EOF) != 0)
27. #define ferror(p) ((p)->flag & _ERR) != 0)
28. #define fileno(p) ((p)->fd)
29. #define getc(p) (--(p)->cnt >= 0 \
30. ? (unsigned char) *(p)->ptr++ : _fillbuf(p))
31. #define putc(x,p) (--(p)->cnt >= 0 \
32. ? *(p)->ptr++ = (x) : _flushbuf((x),p))
33. #define getchar() getc(stdin)
34. #define putcher(x) putc ((x), stdout)

我们经常使用的 NULL、EOF、feof()、getc() 等都是 stdio.h 中定义的宏。

下面说一下如果控制缓冲区。

我们知道，当我们从键盘输入数据的时候，数据并不是直接被我们得到，而是放在了缓冲区中，然后我们从缓冲区中得到我们想要的数据 。如果我们通过setbuf()或setvbuf()函数将缓冲区设置10个字节的大小，而我们从键盘输入了20个字节大小的数据，这样我们输入的前10个数据会放在缓冲区中，因为我们设置的缓冲区的大小只能够装下10个字节大小的数据，装不下20个字节大小的数据。那么剩下的那10个字节大小的数据怎么办呢？暂时放在了输入流中。请看下图：



上面的箭头表示的区域就相当是一个输入流，红色的地方相当于一个开关，这个开关可以控制往深绿色区域（标注的是缓冲区）里放进去的数据，输入20个字节的数据只往缓冲区中放进去了10个字节，剩下的10个字节的数据就被停留在了输入流里！等待下去往缓冲区中放入！接下来系统是如何来控制这个缓冲区呢？

再说一下 FILE 结构体中几个相关成员的含义：

cnt // 剩余的字符，如果是输入缓冲区，那么就表示缓冲区中还有多少个字符未被读取

ptr // 下一个要被读取的字符的地址

base // 缓冲区基地址

在上面我们向缓冲区中放入了10个字节大小的数据，FILE结构体中的 cnt 变为了10 ，说明此时缓冲区中有10个字节大小的数据可以读，同时我们假设缓冲区的基地址也就是 base 是0x00428e60 ，它是不变的 ，而此时 ptr 的值也为0x00428e60 ，表示从0x00428e60这个位置开始读取数据，当我们从缓冲区中读取5个数据的时候，cnt 变为了5 ，表示缓冲区还有5个数据可以读，ptr 则变为了0x0042e865表示下次应该从这个位置开始读取缓冲区中的数据 ，如果接下来我们再读取5个数据的时候，cnt 则变为了0 ，表示缓冲区中已经没有任何数据了，ptr 变为了0x0042869表示下次应该从这个位置开始从缓冲区中读取数据，但是此时缓冲区中已经没有任何数据了，所以要将输入流中的剩下的那10个数据放进来，这样缓冲区中又有了10个数据，此时 cnt 变为了10 ，注意了刚才我们讲到 ptr 的值是0x00428e69 ，而当缓冲区中重新放进来数据的时候这个 ptr 的值变为了0x00428e60 ，这是因为当缓冲区中没有任何数据的时候要将 ptr 这个值进行一下刷新，使其指向缓冲区的基地址也就是0x0042e860这个值！因为下次要从这个位置开始读取数据！

在这里有点需要说明：当我们从键盘输入字符串的时候需要敲一下回车键才能够将这个字符串送入到缓冲区中，那么敲入的这个回车键(\r)会被转换为一个换行符\n，这个换行符\n也会被存储在缓冲区中并且被当成一个字符来计算！比如我们在键盘上敲下了123456这个字符串，然后敲一下回车键（\r）将这个字符串送入了缓冲区中，那么此时缓冲区中的字节个数是7 ，而不是6。

缓冲区的刷新就是将指针 ptr 变为缓冲区的基地址 ，同时 cnt 的值变为0 ，因为缓冲区刷新后里面是没有数据的。