UNIX环境高级编程之第5章:标准I/O库
2015-08-19 00:11
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5.1 引言
标准I/O库处理很多细节,如缓冲区分配,以优化的块长度执行I/O。这些处理用户不必担心如何选择使用正确的块长度5.2 流和FILE对象
在第3章,所有I/O函数都是围绕文件描述符(file desctriptor)的。而对于标准I/O库,他们的操作是围绕流(stream)进行的。当标准I/O库打开或创建一个文件是,我们以使一个流与一个文件相关联。流的定向(stream's orientation)决定了所读,写的字符是单字节还是多字节
fwide函数可用于设置流的定向
#include <stdio.h> #include <wchar.h> int fwide(FILE *fp, int mode);
(1) mode 为负数,fwide将试图使指定的流是字节定向的
(2) mode为正数,fwide将试图使指定的流是宽定向的
(3) mode 为0,fwide将不试图设置流的定向,但返回标示该流定向的值
5.3 标准输入、标准输出和标准错误
对一个进程预定义了3个流,并且这3个流可以自动地被进程使用,他们是标准输入,标准输出和标准错误5.4 缓冲(Buffering)
标准I/O库提供缓冲的目的是尽可能减少使用read和write调用的次数标准I/O提供了以下3种类型的缓冲
(1)全缓冲:再填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作。对于驻留再磁盘上的文件通常是由标准I/O库实施全缓冲的。标准I/O函数通常调用malloc获得需使用的缓冲区。
(2)行缓冲:当在输入和输出中遇到换行符是,标准I/O库执行I/O操作
(3)不带缓冲:标准I/O库不对字符进行缓冲储存,例如标准I/O函数fputs,就是立即讲字符输出
例如标准错误流,就是不带缓冲的,一旦有错误就尽快输出
大多数系统默认使用一下的类型
(1)标准错误是不带缓冲的
(2)如果指向终端设备的流是行缓冲,其他都是全缓冲
我们可以使用setbuf和setvbuf来改变缓冲类型
#include<stdio.h> void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf); void setvbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);
可以使用setbuf函数打开或关闭缓冲机制,为了带缓冲进行I/O,参数buf必须指向一个长度为BUFSIZ的缓冲区。关闭缓冲讲buf设置为NULL
任何时候,我们可以强制冲洗一个流
#include<stdio.h>
int fflush(FILE *fp);
此函数使该流所有未写的数据都传到内核(kernel),作为一种特殊情景,若fp是NULL,则次韩式将导致所有的输出流被冲洗。
5.5 打开流
下列3个函数打开一个标准I/O流#include <stdio.h> FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type); FILE *freopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type, FILE *restrict fp); FILE *fdopen(int fd, const char *type);
这三个函数的区别如下:
(1)fopen函数打开路径名为pathname的一个制定的文件
(2)freopen函数再一个指定的流上打开一个指定的文件,如果该流已经打开,则先将其关闭。若该流已经定向,则使用freopen清除该定向。此函数一般用于讲一个制定的文件打开为一个预定义的流:标准输入、标准输出、标准错误。
(3)fdopen函数区一个已有的文件描述符(file descriptor),并使一个标准的I/O流与该描述符相结合。
type参数指定对该I/O流的读写方式
调用fclose关闭一个打开的流
#include<stdio.h>
int fclose(FILE *fp);
5.6 读和写流
一旦打开了流,则可在3种不同类型的非格式化I/O中进行选择,对其进行读写操作。(1)每次一个字符的I/O。每次读或者写一个字符,如果流是带缓冲的,则标准I/O函数处理所有缓冲。
(2)每次一行的I/O。如果想一次读或者写一行,使用fgets和fputs。
(3)直接I/O。fread和fwrite支持这种类型的I/O
格式化I/O函数:printf, scanf
1. 输入函数
一下三个函数用于一次读一个字符
#include <stdio.h> int getc(FILE *fp); int fgetc(FILE *fp); int getchar(void);
getc可以实现为宏,fgetc则不能
注意:不管是出错还是到达文件尾,这三个函数都返回同样的值。为了区分两种不同的情况,必须调用ferror或feof
#include <stdio.h> int ferror(FILE *fp); int feof(FILE *fp); void clearerr(FILE *fp);
从流中读取数据以后,可以调用ungetc将字符再压送回流中
#include <stdio.h> int ungetc(int c, FILE *fp);
2. 输出函数
对于上述的每个输入函数都有一个输出函数
#include<stdio.h> int putc(int c,FILE *fp); int fputc(int c, FILE *fp); int putchar(int c);
同样putchar(c)等同于putc(c,stdout),putc可被实现为宏,而fputc不能
5.7 每次一行I/O
下面每个函数提供每次输入一行的功能#include <stdio.h> char *fgets(char *restrict buf, int n, FILE *restrict fp); char *gets(char *buf);
这两个函数都指定了缓冲区的地址,将读入的行送入其中。gets从标准输入读,而fgets则从指定的流读。
gets是一个不推荐使用的函数。其原因是调用者在使用gets时不能指定缓冲区的长度。这样就可能造成缓冲区一出(如若该行长于缓冲区的长度)
fputs和puts提供每次输出一行的功能
#include<stdio.h> int fputs(const char *restrict str, FILE *restrict fp); int puts(const char *str);
函数fputs将一个以null字节终止的字符串写到指定流中,尾端终止符null不写出。
5.8 标准I/O的效率
系统CPU时间几乎相同,原因是所有这些程序对内核提出的读、写请求数基本相同注意:使用标准I/O例程的一个有点是无需考虑缓冲以及最佳I/O长度的选择。使用fgets需要考虑最大行,但比选择最佳I/O长度方便的多
5.9 二进制I/O
用getc或putc则太慢了。如果使用fputs和fgets,因为fputs遇到null字节时就会停止(因为buf缓冲区就是以null标记结束的),而结构中可能包含null字节,所以不能用来读结构。相似,如果数据中包含null字节或换行符,则fgets特不能正常工作#include <stdio.h> size_t fread(void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp); size_t fwrite(const void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp);
这些函数有一下两个常见的用法
(1)读或写一个一个二进制数组,例如将一个浮点数组的第2~5个元素写到一个文件上
float data[10]; if(fwrite(&data[2], sizeof(flaot),4,fp)!=4) err_sys("fwrite eerror");
size为每个数组元素的长度,nobj为欲写的元素的个数
(2)读或写一个结构
struct { short count; long tatal; char name[NAMESIZE]; }item; if(fwrite(&item, sizeof(item), 1, fp)!=1) err_sys("fwrite error");
5.10 定位流
有三种方法定位标准I/O流(1)ftell和fseek函数,但它们都假定文件的位置可以存放在一个长整型中
#include <stdio.h> long ftell (FILE *fp); int fseek(FILE *fp, long offset, int whence); void rewind(FILE *fp);
ftell用于二进制文件时,其返回值就是这种字节位置
为了用fseek定位一个二进制文件,必须制定一个字节offset,以及解释这种偏移量的方式。whence的值lseek函数的相同:
SEEK_SET:表示从文件的起始位置开始
SEEK_CUP:表示从当前文件位置开始
SEEK_END:表示从文件的尾端开始
使用rewind函数也可以讲一个流设置到起始位置
(2)ftello和fseeko函数使文件偏移量可以不必为长整型,使用off_t数据类型代替
#include <stdio.h> off_t ftello(FILE *fp); int fseeko(FILE *fp, off_t offset, int whence);除了用off_t替换了long剩下的和ftell一样
(3)fgetpos和fsetpos函数。它们使用一个抽象数据类型fpos_t记录文件的位置。这种数据类型可以更具需要定义为一个足够大的数,用以记录文件的位置
#include <stdio.h> int fgetpos(FILE *restrict fp, fpos_t *restrict pos); int fsetpos(FILE *fp, const fpos_t *pos);fgetpos将文件位置指示器的当前值存入由pos指向的对象中。以后调用fsetpos时,可以使用此值将流重新定位到该位置
5.11 格式化I/O
1.格式化输出
格式化输出是由5个printf函数来处理#include <stdio.h> int printf(const char *restrcit format, ...); int fprintf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...); int dprintf(int fd, const char *restrict format, ...); int sprintf(char *restrict buf, const char *restrict format); int snprintf(char *restrict buf, size_t n, const char *restrict);
printf将格式化数据写到标准输出。
fprintf写到指定的流中
dprintf写到指定的文件描述符
sprintf讲指定格式写到数组buf中,再该数组的尾端自动加一个null字节,但该字节不包含再返回值中
notice:sprintf函数可能造成由buf指向的缓冲区的溢出。调用必须确保缓冲区足够大
为了解决这个问题引入了snprintf函数,再该函数,缓冲区长度是一个显示参数。大于缓冲区长度则截断(truncated)
2.格式化输入
执行格式化输入处理的是三个scanf函数#include<stdio.h> int scanf(const char *restrict format, ...); init fscanf(FILE *restrict fp, const char *restrict format); int sscanf(const char *restrict buf, const char *restrict format);
5.12 实现细节
在UNIX中,标准I/O库最终都要调用文件描述符的相关操作函数。每个标准I/O流都有一个与其相关联的文件描述符,可以对一个流调用fileno函数以获得其描述符#include<stdio.h> int fileno(FILE *fp);如果要调用dup(获得新的文件描述符)或fcntl(改变已经打开的文件的属性)等函数,则需要此函数
5.13 临时文件
IOS C标准I/O库提供了两个函数以帮助创建临时文件#include <stdio.h> char *tmpnam(char *ptr); FILE *temfile(void);
tmpnam函数产生一个与现有的文件名不同的一个有效路径名字字符串
若ptr是NULL,则产生的路径名存放再一个静态区中,指向该静态去的指针作为函数值返回
若ptr不是NULL,则认为它应该是指向长度至少是L_tmpnam个字符的数组,所产生的路径名存放在该数组中
对一个文件解除链接并不删除其内容,关闭该文件是才删除内容
5.14 内存流
用于对内存缓冲区的字符串进行操作有3个函数可以用于内存流打开,fmemopen
#include <stdio.h> FILE *fmemopen(void *restrict buf, size_t size, const char *restrict type);fmemopen函数允许调用者提供缓冲区用于内存流
buf指向缓冲区的开始位置
size参数指定了缓冲区大小的字节数
type控制如何使用流
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