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文件I/O编程之: 标准I/O编程

2013/09/13
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6.5  标准I/O编程

本章前面几节所述的文件及I/O读写都是基于文件描述符的。这些都是基本的I/O控制,是不带缓存的。而本节所要讨论的I/O操作都是基于流缓冲的,它是符合ANSI C的标准I/O处理,这里有很多函数读者已经非常熟悉了(如printf()、scantf()函数等),因此本节中仅简要介绍最主要的函数。

前面讲述的系统调用是操作系统直接提供的函数接口。因为运行系统调用时,Linux必须从用户态切换到内核态,执行相应的请求,然后再返回到用户态,所以应该尽量减少系统调用的次数,从而提高程序的效率。

标准I/O提供流缓冲的目的是尽可能减少使用read()和write()等系统调用的数量。标准I/O提供了3种类型的缓冲存储。

n 全缓冲:在这种情况下,当填满标准I/O缓存后才进行实际I/O操作。存放在磁盘上的文件通常是由标准I/O库实施全缓冲的。在一个流上执行第一次I/O操作时,通常调用malloc()就是使用全缓冲。

n 行缓冲:在这种情况下,当在输入和输出中遇到行结束符时,标准I/O库执行I/O操作。这允许我们一次输出一个字符(如fputc()函数),但只有写了一行之后才进行实际I/O操作。标准输入和标准输出就是使用行缓冲的典型例子。

n 不带缓冲:标准I/O库不对字符进行缓冲。如果用标准I/O函数写若干字符到不带缓冲的流中,则相当于用系统调用write()函数将这些字符全写到被打开的文件上。标准出错stderr通常是不带缓存的,这就使得出错信息可以尽快显示出来,而不管它们是否含有一个行结束符。

在下面讨论具体函数时,请读者注意区分以上的三种不同情况。

6.5.1  基本操作

1.打开文件

(1)函数说明。

打开文件有三个标准函数,分别为:fopen()、fdopen()和freopen()。它们可以以不同的模式打开,但都返回一个指向FILE的指针,该指针指向对应的I/O流。此后,对文件的读写都是通过这个FILE指针来进行。其中fopen()可以指定打开文件的路径和模式,fdopen()可以指定打开的文件描述符和模式,而freopen()除可指定打开的文件、模式外,还可指定特定的I/O流。

(2)函数格式定义。

fopen()函数格式如表6.14所示。

表6.14 fopen()函数语法要点

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

FILE * fopen(const char * path, const char * mode)

函数传入值

Path:包含要打开的文件路径及文件名

mode:文件打开状态(后面会具体说明)

函数返回值

成功:指向FILE的指针
失败:NULL

其中,mode类似于open()函数中的flag,可以定义打开文件的访问权限等,表6.15说明了fopen()中mode的各种取值。

表6.15 mode取值说明

r或rb

打开只读文件,该文件必须存在

r+或r+b

打开可读写的文件,该文件必须存在

W或wb

打开只写文件,若文件存在则文件长度清为0,即会擦写文件以前的内容。若文件不存在则建立该文件

w+或w+b

打开可读写文件,若文件存在则文件长度清为0,即会擦写文件以前的内容。若文件不存在则建立该文件

a或ab

以附加的方式打开只写文件。若文件不存在,则会建立该文件;如果文件存在,写入的数据会被加到文件尾,即文件原先的内容会被保留

a+或a+b

以附加方式打开可读写的文件。若文件不存在,则会建立该文件;如果文件存在,写入的数据会被加到文件尾后,即文件原先的内容会被保留

注意在每个选项中加入b字符用来告诉函数库打开的文件为二进制文件,而非纯文本文件。不过在Linux系统中会自动识别不同类型的文件而将此符号忽略。

fdopen()函数格式如表6.16所示。

表6.16 fdopen()函数语法要点

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

FILE * fdopen(int fd, const char * mode)

函数传入值

fd:要打开的文件描述符

mode:文件打开状态(后面会具体说明)

函数返回值

成功:指向FILE的指针
失败:NULL

freopen()函数格式如表6.17所示。

表6.17 freopen()函数语法要点

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

FILE * freopen(const char *path, const char * mode, FILE * stream)

函数传入值

path:包含要打开的文件路径及文件名

mode:文件打开状态(后面会具体说明)

stream:已打开的文件指针

函数返回值

成功:指向FILE的指针
失败:NULL

 

2.关闭文件

(1)函数说明。

关闭标准流文件的函数为fclose(),该函数将缓冲区内的数据全部写入到文件中,并释放系统所提供的文件资源。

(2)函数格式说明。

fclose()函数格式如表6.18所示。

表6.18 fclose()函数语法要点

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

int fclose(FILE * stream)

函数传入值

stream:已打开的文件指针

函数返回值

成功:0
失败:EOF

3.读文件

(1)fread()函数说明。

在文件流被打开之后,可对文件流进行读写等操作,其中读操作的函数为fread()。

(2)fread()函数格式。

fread()函数格式如表6.19所示。

表6.19 fread()函数语法要点

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

size_t fread(void * ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE * stream)

函数传入值

ptr:存放读入记录的缓冲区

size:读取的记录大小

nmemb:读取的记录数

stream:要读取的文件流

函数返回值

成功:返回实际读取到的nmemb数目
失败:EOF

4.写文件

(1)fwrite()函数说明。

fwrite()函数用于对指定的文件流进行写操作。

(2)fwrite()函数格式。

fwrite()函数格式如表6.20所示。

表6.20 fwrite()函数语法要点

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

size_t fwrite(const void * ptr,size_t size, size_t nmemb, FILE * stream)

续表

函数传入值

ptr:存放写入记录的缓冲区

size:写入的记录大小

nmemb:写入的记录数

stream:要写入的文件流

函数返回值

成功:返回实际写入的记录数目
失败:EOF

5.使用实例

下面实例的功能跟底层I/O操作的实例基本相同,运行结果也相同(请参考6.3.1节的实例),只是用标准I/O库的文件操作来替代原先的底层文件系统调用而已。

读者可以观察哪种方法的效率更高,其原因又是什么。

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#define BUFFER_SIZE      1024         /* 每次读写缓存大小 */

#define SRC_FILE_NAME   "src_file"  /* 源文件名 */

#define DEST_FILE_NAME  "dest_file" /* 目标文件名文件名 */

#define OFFSET            10240        /* 复制的数据大小 */

     

int main()

{

     FILE *src_file, *dest_file;

     unsigned char buff[BUFFER_SIZE];

     int real_read_len;

     

     /* 以只读方式打开源文件 */

     src_file = fopen(SRC_FILE_NAME, "r");

     

     /* 以写方式打开目标文件,若此文件不存在则创建 */

     dest_file = fopen(DEST_FILE_NAME, "w");

     

     if (!src_file || !dest_file)

     {

          printf("Open file errorn");

          exit(1);

     }

     

     /* 将源文件的读写指针移到最后10KB的起始位置*/

     fseek(src_file, -OFFSET, SEEK_END);

     

     /* 读取源文件的最后10KB数据并写到目标文件中,每次读写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;

}

读者可以尝试用其他文件打开函数进行练习。

 

6.5.2  其他操作

文件打开之后,根据一次读写文件中字符的数目可分为字符输入输出、行输入输出和格式化输入输出,下面分别对这3种不同的方式进行讲解。

1.字符输入输出

字符输入输出函数一次仅读写一个字符。其中字符输入输出函数如表6.21和表6.22所示。

表6.21 字符输出函数语法要点

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

int getc(FILE * stream)
int fgetc(FILE * stream)
int getchar(void)

函数传入值

stream:要输入的文件流

函数返回值

成功:下一个字符
失败:EOF

表6.22 字符输入函数语法要点

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

int putc(int c, FILE * stream)
int fputc(int c, FILE * stream)
int putchar(int c)

函数返回值

成功:字符c
失败:EOF

这几个函数功能类似,其区别仅在于getc()和putc()通常被实现为宏,而fgetc()和fputc()不能实现为宏,因此,函数的实现时间会有所差别。

下面这个实例结合fputc()和fgetc()将标准输入复制到标准输出中去。

/*fput.c*/

#include<stdio.h>

main()

{

      int c;

     /*把fgetc()的结果作为fputc()的输入*/

     fputc(fgetc(stdin), stdout);

}

运行结果如下所示:

$ ./fput

w(用户输入)

w(屏幕输出)

2.行输入输出

行输入输出函数一次操作一行。其中行输入输出函数如表6.23和表6.24所示。

表6.23 行输出函数语法要点

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

char * gets(char *s)
char fgets(char * s, int size, FILE * stream)

函数传入值

s:要输入的字符串
size:输入的字符串长度
stream:对应的文件流

函数返回值

成功:s
失败:NULL

表6.24 行输入函数语法要点

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

int puts(const char *s)
int fputs(const char * s, FILE * stream)

函数传入值

s:要输出的字符串
stream:对应的文件流

函数返回值

成功:s
失败:NULL

这里以gets()和puts()为例进行说明,本实例将标准输入复制到标准输出,如下所示:

/*gets.c*/

#include<stdio.h>

main()

{

     char s[80];

     /*同上例,把fgets()的结果作为fputs()的输入*/

     fputs(fgets(s, 80, stdin), stdout);

}

运行该程序,结果如下所示:

$ ./gets

This is stdin(用户输入)

This is stdin(屏幕输出)

 

3.格式化输入输出

格式化输入输出函数可以指定输入输出的具体格式,这里有读者已经非常熟悉的printf()、scanf()等函数,这里就简要介绍一下它们的格式,如表6.25~表6.27所示。

表6.25 格式化输出函数1

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

int printf(const char *format,…)
int fprintf(FILE *fp, const char *format,…)
int sprintf(char *buf, const char *format,…)

函数传入值

format:记录输出格式
fp:文件描述符
buf:记录输出缓冲区

函数返回值

成功:输出字符数(sprintf返回存入数组中的字符数)
失败:NULL

表6.26 格式化输出函数2

所需头文件

#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>

函数原型

int vprintf(const char *format, va_list arg)
int vfprintf(FILE *fp, const char *format, va_list arg)
int vsprintf(char *buf, const char *format, va_list arg)

函数传入值

format:记录输出格式
fp:文件描述符
arg:相关命令参数

函数返回值

成功:存入数组的字符数
失败:NULL

表6.27 格式化输入函数

所需头文件

#include <stdio.h>

函数原型

int scanf(const char *format,…)
int fscanf(FILE *fp, const char *format,…)
int sscanf(char *buf, const char *format,…)

函数传入值

format:记录输出格式
fp:文件描述符
buf:记录输入缓冲区

函数返回值

成功:输出字符数(sprintf返回存入数组中的字符数)
失败:NULL

由于本节的函数用法比较简单,并且比较常用,因此就不再举例了,请读者需要用到时自行查找其用法。

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