C语言之输入输出

标准库 IO

输入输出功能并非C语言的组成部分，ANSI标准界说了相关的库函数
输入输出

流stream是与设备关联的数据的源或者目标地。

• 文本流：由文本行组成的序列
  差异系统的特性可能不一样，比如行最大长度和行竣事符
  
• 二进制流：未经处理惩罚的字节序列
  

程序运行时，默认打开 stdin, stdout, stderr
标准 IO 常量

• EOF：文件尾，现实值是几个字符避免肴杂
  
• FOPEN_MAX：一个程序同时最多可以大概打开的文件数量，与编译器有关，值至少为 8
  
• FILENAM_MAX：编译器支持的最长文件名
  

文件流操纵

文件指针指向包含文件信息的布局，包括缓冲区，读写状态等
打开与关闭

1. FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);                    // 打开文件流
2. /*
3. mode:
4. * r, 打开读
5. * w, 打开或创建写，删除原有内容
6. * a, 打开或者创建，文件尾追加
7. * +, 更新，读或写，交叉操作前需要执行fflush或者定位操作
8.   * r+, 打开文件更新（读和写）
9.   * w+, 创建文件更新，删除原有内容
10.   * a+, 打开或创建文件，文件尾更新
11. * b, 二进制流模式
13. 应始终检查返回值
14. */
16. FILE *freopen(const char *filename, const char *mode, FILE *stream);    // 先关闭再打开文件流
18. FILE *fdopen(int fd, const char *type);   // POSIX标准，常用于由创建管道和网络通信通道函数返回的描述符，不能直接用 fopen 打开
19. // type 参数: r, w, a, (+)
20. // 注意读写模式下读写操作之间需要进行调用定位函数
23. int fclose(FILE *stream);                                               // 刷新输出缓冲，释放系统缓冲区，关闭流
26. int fileno(FILE *fp);   // POSIX 标准

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流的定向

标准IO可用于单字节和多字节字符集，具体由流的定向决定。

• freopen函数清除一个流的定向
  
• fwide函数设置流的定向、
  

1. #include <stdio.h>
2. #include <wchar.h>
4. int fiwde(FILE *fp, int mode);
5. /*
6. mode<0, 试图设置为单字节
7. mode>0，试图设置为多字节
8. mode=0，不设置定向，返回流的定向
10. 不会改变已经设置的流定向
11. */

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文件操纵函数

重定名

1. int remove(FILE *stream);                               // 删除文件
3. int rename(const char *oldname, const char *newname); // 重命名文件

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临时文件

1. FILE *tmpfile(void);     // 以`wb+`模式创建临时文件，在关闭或者程序结束时自动删除
2. // 实现上tmpnam，创建文件，unlink(不会删除内容)，文件的关闭会在程序结束中自动进行
4. char *tmpnam(char s[L_tmpnam]); // 创建不同现有文件名的字符串，NULL返回指向静态数组的指针
6. // UNIX 优势是不存在时间间隙，避免其他进程创建同名文件
7. char *mkdtemp(char *temple);  // 创建目录
8. int mkstmp(char *temple);     // 创建文件，不会自动删除

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缓冲操纵

标准IO提供缓冲的目标是尽可能镌汰read/write的调用次数

• 全缓冲：缓冲区满了才进行现实IO操纵
  
• 行缓冲：遇到换行符才进行IO操纵
  
  
  
  • 行缓冲的长度是固定的，行缓冲满了纵然没有换行符也会进行IO操纵
    
  • 标准IO要求从不带缓冲或者行缓冲（必要从内核请求数据）获取数据，会立即革新全部行缓冲的输出流
    
  
  
• 不带缓冲
  

ISO C标准

• 当且仅当标准输入和标准输出不指向交互式设备才是全缓冲的
  
• 标准错误不会是全缓冲的
  

默认情况

• 标准错误不带缓冲
  
• 如果指向终端设备的流，则是行缓冲的，否则是全缓冲的
  

更换缓冲的类型：流被打开之后，且在实行任何操纵之前

1. int fflush(FILE *stream);                                               // 刷新缓冲区
2. /*
3. - 对于输出流，刷新写入缓冲区的内容至目标文件
4. - 对于输入流，其结果是未定义的
5. - NULL，刷新所有的缓冲区
7. 实际使用技巧：每个调试 printf 之后立马调用 fflush
8. */
10. int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);            // 必须在执行读写操作之前设置缓冲
11. /*
12. mode:
13. - _IOFBF 完全缓冲
14. - _IOLBF 行缓冲
15. - _IONBF 不设置缓冲
16. */
18. void setbuf(FILE *stream, char *buf);     // char buf[BUFSIZ]
19. /*
20. - buff为 NULL, 关闭缓冲
21. - 否则，等价于 `_IOFBF`
23. // 注意：buf 不要使用自动变量类型，尽量使用系统缓冲区或者动态分配内存
24. */

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​#TODO#​检察流缓冲状态 《UNIX高级环境编程》
读写流操纵

字符 IO

​#TODO#​输入输出函数家属 《C和指针》P301

1. int fgetc(FILE *stream);  // unsigned char 转 int, 兼容EOF
2. int getc(FILE *stream);   // 等价于 fgetc，注意实现为宏
3. int getchar(void);        // 等价于 getc(stdin)
5. int fputc(int c, FILE *stream);
6. int putc(int c, FILE *stream);  // 等价于 fputc, 注意实现为宏
7. int putchar(int c);             // 等价于 fputc(stdout)
9. // 只有fgetc和fputc是函数，其他都是宏
11. int ungetc(int c, FILE *stream);  // 将字符退回流中，依赖于当前位置
12. // 不同于写操作，仅涉及流本身而无关设备存储

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未格式化的行IO

1. char *fgets(char *s, int n, FILE *stream);  // 自动包含换行符，\n 换为 \0，最多n-1
2. char *gets(char *s);                        // 不自动包含换行符。没有缓冲区长度参数，可能导致越界；不推荐使用，已废弃
5. int fputs(const char *s, FILE *stream);     // 不自动包含换行符\n，逐字符输入任意个数换行符
6. int puts(const char *s);                    // 自动添加换行符\n
8. ssize_t getline(char **lineptr, size_t *n, FILE *stream);
9. // 根据输入动态分配内存，无需预先确定输入字符串的最大长度
10. // 在存储的字符串中将换行符替换为字符串结束符'\0'

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格式化 IO

1. int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
2. int printf(const char *format, ...);                  // 等价于 `fprintf(stdout, fotmat, ...)`
3. int sprintf(char *s, const char *format, ...);        // 包含结束符 NUL，无长度参数，可能越界溢出
4. int snprintf(char *buf, szie_t n, const char *format, ...); // 超出部分截断，出错返回负值
6. int fdprintf(int fd, const char *format, ...);
8. // 变长参数列表变体
9. int vprintf(const char *format, va_list arg);
10. int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va_list arg);
11. int vsprintf(char *s, const char *format, va_list arg);

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转换格式：

• 普通字符：复制到输出流
  
• 转换说明：控制参数的格式转换
  
  
  
  • 开头 %
    
  • 标记[可选]
    
    
    
    • ​-​左对齐，缺省为右对齐
      
    • ​+​显示正负号
      
    • 空格 有符号值转换
      
    • 0​ 宽度不敷时填充 0
      
    • ​#​指定另一种输出形式
      
    
    
  • 宽度数值[可选]：指定最小字段宽度
    
  • 精度数值[可选]：点号开始，后接十进制数值
    
  • 长度修饰符[可选]：指定参数的长度
    
    
    
    • h 按照short/unsigned short 输出
      
    • l 按照long/unsigned long 输出
      
    • L 按照long double 输出
      
    
    
  • 末端: 转换字符, d, c, s, f, x等
    
  
  

1. int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
2. int scanf(const char *format, ...);
3. int sscanf(const char *s, char *format, ...);
5. int fdscanf(int fd, const char *format,...);
7. // 变长参数列表变体 ...

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• 参数必须是指针
  
• 到文件尾或者出错返回EOF，否则返回现实输入的字符数
  

转换格式

• 空格或者制表符
  
• 普通字符：匹配下一个输入
  
• 转换说明
  
  
  
  • 开始标记%​[可选]
    
  • 赋值屏蔽符号*​[可选]
    
  • 最大字段宽度数值[可选]
    
  • 限定符 h\l\L​，指定参数的长度[可选]
    
  • 竣事标记：转换字符 d,f,c, s, x等等
    
  
  

​#TODO#​4种使用场景P309
二进制 IO

直接IO/二进制IO，通常一次处理惩罚一个布局，可以大概处理惩罚null字节和换行符。
留意事项：只能用于同一系统，差异系统的偏移对齐以及存储格式可能差异。因此网络通讯必要指定规范。

1. size_t fread(void *buffer, size_t size, size_t nobj, FILE *stream);
3. size_t fwrite(const void *buffer, size_t size, size_t nobj, FILE *stream);
5. /* 返回值是实际读写的元素的个数而非字节数
6. fread：少于nobj, 出错或者EOF，需要进一步分辨
7. fwrite：少于nobj，错误
8. */

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内存流

无关文件，直接在缓冲区和主存之间进行字节IO。非常适用于字符串。
Linux支持。

1. FILE *fmemopen(void *buf, size_t size, const char *type); // buf=null, 读写无意义；对于null字节的处理十分特殊
3. FILE *open_memstream(char **bufp, size_t sizep);   // 面向字节的流
5. FILE *open_wmemstream(wchar_t **bufp, size_t *sizep);  // 面向宽字节的流

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文件定位函数

• 二进制文件：使用字节偏移量，不一定支持 SEEK_END
  
• 文本文件：格式差异不能使用字节，orgin=SEEK_SET, offset=0/ftell
  

1. int fseek(FILE *stream, long offset, int origin);
2. /*
3. - 二进制文件
4.   - origin
5.     - `SEEK_SET` 文件开始处
6.     - `SEEK_CUR` 当前位置
7.     - `SEEK_END` 文件结束处，可能不支持
8. - 文本文件
9.   - `SEEK_SET`；offset是 0 或者 `ftell`返回值
10.   - `SEEK_CUR`/`SEEK_END`：offset只能是 0
12. 注意事项
13. - 行末指示符将被清除
14. - 退回的字符将被丢弃
15. - 更新模式中的读写操作切换
16. */
18. long ftell(FILE *stream);
20. void rewind(FILE *stream);    // 重置为起始位置
21. //等价于 `fseek(stream, 0L, SEEK_SET); clearerr(stream);`

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1. // off_t, 大于32位 UNIX 标准
2. off_t ftello(FILE *fp);
3. int seeko(FILE *fp, off_t offset, int origin);

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1. // fpos_t ISO C标准，更加通用
2. int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *ptr);
4. int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *ptr);

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错误处理惩罚函数

发生错误或者到达文件尾时会设置状态指示符
整型表达式 errno 包含错误编号，界说在

• 只有库函数失败时才会设置 errno, 成功实行并不会修改 errno
  
• 任何函数都不会将常量置为0
  

1. /* ----- 流错误 -----*/
2. int feof(FILE *stream);     // 流设置了文件结束指示符，返回非0值
4. int ferror(FILE *stream);   // 流设置了错误指示符，返回非0值
6. int clearerr(FILE *stream); // 清除流的所有指示符

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1. #include <string.h>
2. char *strerror(int crrno);  // 映射错误信息
4. #include  <stdio.h>
5. int perror(const char *s);  // 打印字符串和 errno 错误信息
6. // 类似于 fprintf(stderr, "%s: %s\n", s, "error essage");

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标准IO的替代

标准IO 的效率不高，调用行IO必要进行两次数据的复制

• 快速IO fio: 使用指针而不是复制整行
  
• sfio: 进步速率，同时推广IO流
  
• mmap
  

适用于嵌入式系统的更低内存要求的实现

• uClibc C库
  
• Newlib C库
  

‍
参考

• 《C程序计划语言》
  
• 《UNIX 环境高级编程》
  

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