UNIX环境高级编程 第五章 -- 学习笔记

APUE 第五章 标准I/O库

第五章 标准I/O库

5.2 流和FILE对象

对于标准I/O库，它们的操作是围绕 流（stream）展开的。当用标准I/O库打开或者创建一个文件时，我们已使一个流与一个文件相关联。

流有单字节流和多字节流之分，决定一个流的类型的操作称为流的定向（orientation）。

freopen 函数清除一个流的定向；fwide 函数设置一个流的定向

#include<stdio.h>
#include<wchar.h>

int fwide(FILE *fp, int mode);
//流是宽定向的，返回正值；是字节定向的，返回负值； 未定向的，返回0

根据 mode 的不同值，fwide 函数有不同的行为

• mode 为正，函数试图将流定向为宽字节

• mode 为负，函数视图将流定向为单字节

• mode 为0，函数什么也不做，并返回标识该流定向的值

FILE 结构体是标准I/O库里最重要的一个结构体，指向它的指针 FILE * 称为文件指针

5.3 标准输入、标准输出和标准错误

标题里的三个流是为每个进程预定义的，分别通过文件指针 stdin 、stdout 、和 stderr 引用，它们定义在 <stdio.h> 头文件中

5.4 缓冲

缓冲一般都是为了提高效率，标准I/O的缓冲也一样，是为了减少 read 和 write 的调用次数

标准I/O提供三种缓冲

• 全缓冲。缓冲区全部填满后才冲洗（flush）。冲洗就是将缓冲区的内容写到磁盘
• 行缓冲。输入输出中出现换行符时执行冲洗。当然，这个行不能太长，要是缓冲区全部填满了还没有出现换行符，也是要执行冲洗的。
• 不带缓冲。stderr 通常是不带缓冲的。

不同的流的缓冲类型一般是下面这样的：

• 标准错误是不带缓冲的
• 若是指向终端设备的流，则是行缓冲的；否则是全缓冲的

如果不想使用上面默认的缓冲方式，可以使用下面的函数更改缓冲类型

#include<stdio.h>

void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf);

int setvbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);
//成功返回 0； 出错返回 非0

这两个函数都应该在 流已经打开 且 未进行任何其他操作之前调用

怎么用？

setbuf 函数可以打开或关闭缓冲。buf 指向缓冲区，则打开缓冲；buf 为 NULL ，则关闭缓冲

setvbuf 可以使用 mode 参数说明缓冲类型

mode	缓冲类型
_IOFBF	全缓冲
_IOLBF	行缓冲
_IONBF	不带缓冲

size 参数是用来指定缓冲区长度的

由于这两个函数的行为组合有点多，使用下面的表格进行说明

怎么强制冲洗一个流？

使用 fflush 函数

#include <stdio.h>

int fflush(FILE *fp);
// Returns: 0 if OK, EOF on error

5.5 打开流

有三个函数可以打开一个流

#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);
//Returns: file pointer if OK, NULL on error

三个函数区别如下：

• fopen 用于打开文件名指定的文件
• freopen 用于在一个指定的流上打开指定的文件
• fdopen 用于打开文件描述符指定的文件

type 参数指定打开流的方式（读/写/附加）

调用 fclose 关闭一个打开的流

#include <stdio.h>

int fclose(FILE *fp);
//Returns: 0 if OK, EOF on error

5.6 对一个流进行 读 和 写

1. 输入函数

   一次读取一个字符的函数

   #include <stdio.h>
   
   int getc(FILE *fp);
   
   int fgetc(FILE *fp);
   
   int getchar(void);
   //All three return: next character if OK, EOF on end of file or error

   getchar 相当于 getc(stdin) 。前两个函数的区别在于，getc 可以实现为宏，而 fgetc 是一个真正的函数

   可以看到，不论是出错还是到达文件末尾，那三个读函数都返回 EOF ，要想区分到底是哪种情况，还需调用下面这几个函数

   #include <stdio.h>
   
   int ferror(FILE *fp);
   
   int feof(FILE *fp);
   //Both return: nonzero (true) if condition is true, 0 (false) otherwise
   
   void clearerr(FILE *fp);

   clearerr 用于清除 FILE 文件中维护的 出错 和 文件结束 这两个标志位

如果读到了不满意的字符，想退货，把它再送回流中，可以使用下面这个函数

#include <stdio.h>

int ungetc(int c, FILE *fp);
//Returns: c if OK, EOF on error

1. 输出函数

   #include <stdio.h>
   
   int putc(int c, FILE *fp);
   
   int fputc(int c, FILE *fp);
   
   int putchar(int c);
   //All three return: c if OK, EOF on error

   它们的差别和上面的三个读取函数的差别是一样的

5.7 每次一行的 I/O

每次输入一行的函数

#include <stdio.h>

char *fgets(char *restrict buf, int n, FILE *restrict fp);

char *gets(char *buf );
//Both return: buf if OK, NULL on end of file or error

gets 函数不推荐使用

fgets 总是将换行符写入缓冲区，而 gets 则是从不写入换行符

每次输出一行的函数

#include <stdio.h>

int fputs(const char *restrict str, FILE *restrict fp);

int puts(const char *str);
//Both return: non-negative value if OK, EOF on error

总是推荐使用 fgets 和 fputs

使用 fgets 和 fputs 的例子

5.9 二进制 I/O

下面两个函数执行二进制 I/O 操作

#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);
//Both return: number of objects read or written

5.10 定位流

有三种方法定位标准 I/O 流

• ftell 和 fseek 函数。它们假定偏移量可以存储在一个长整型中
• ftello 和 fseeko 函数。使用 off_t 类型 代替了上面的长整型
• fgetpos 和 fsetpos 函数。

#include <stdio.h>

long ftell(FILE *fp);
//Returns: current file position indicator if OK, −1L on error

int fseek(FILE *fp, long offset, int whence);
//Returns: 0 if OK, −1 on error

void rewind(FILE *fp);

ftell 返回指定文件的偏移量， fseek 则用来设置偏移量

#include <stdio.h>

off_t ftello(FILE *fp);
//Returns: current file position indicator if OK, (off_t)−1 on error

int fseeko(FILE *fp, off_t offset, int whence);
//Returns: 0 if OK, −1 on error

这俩函数除了将 long 类型 换成 off_t 类型外，与 ftell 和 fseek 没有区别

fgetpos 和 fsetpos 俩函数是 ISO C 标准引入的

#include <stdio.h>

int fgetpos(FILE *restrict fp, fpos_t *restrict pos);

int fsetpos(FILE *fp, const fpos_t *pos);
//Both return: 0 if OK, nonzero on error

5.11 格式化 I/O

1. 格式化输出

   #include <stdio.h>
   
   int printf(const char *restrict format, ...);
   
   int fprintf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...);
   
   int dprintf(int fd, const char *restrict format, ...);
   //All three return: number of characters output if OK, negative value if output error
   
   int sprintf(char *restrict buf, const char *restrict format, ...);
   //Returns: number of characters stored in array if OK, negative value if encoding error
   
   int snprintf(char *restrict buf, size_t n,const char *restrict format, ...);
   //Returns: number of characters that would have been stored in array
   //if buffer was large enough, negative value if encoding error

   printf 写入到标准输出， fprintf 写入到指定的流， dprintf 写入到文件描述符指定的文件；

   sprintf 写入到指定的 buf 中；snprintf 也是写入到指定的 buf 中 ，但是它指定了buf 的大小

下面介绍如何编写转换说明。所谓转换说明，就是以上函数中的 `format` 函数，它决定了以什么样的格式显示后面的参数

转换说明有四个可选部分

%[flags][fldwidth][precision][lenmodifier]convtype

flags 可选：

fldwidth 说明最小字段宽度

precision 以 . 开始，说明需要打印的精度

lenmodifier 可选以下值

convtype 不是可选的，而是必选的

1. 格式化输入

   #include <stdio.h>
   
   int scanf(const char *restrict format, ...);
   
   int fscanf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...);
   
   int sscanf(const char *restrict buf, const char *restrict format, ...);
   //All three return: number of input items assigned,
   //EOF if input error or end of file before any conversion

   格式化输入同样需要转换说明

   %[*][fldwidth][m][lenmodifier]convtype

   这里只对 convtype 进行说明

   

5.12 实现细节

归根结底，标准I/O库还是要调用第三章所介绍的函数，但是第三章里的函数都是用 文件描述符 标识文件，而本章的函数大多使用 FILE 结构体，如何建立这两者之间的联系呢？答案是使用 fileno 函数

#include <stdio.h>

int fileno(FILE *fp);
//Returns: the file descriptor associated with the stream

5.13 临时文件

#include <stdio.h>

char *tmpnam(char *ptr);
//Returns: pointer to unique pathname

FILE *tmpfile(void);
//Returns: file pointer if OK, NULL on error

tmpfile 创建一个临时二进制文件，在关闭该文件或程序结束时将自动删除这种文件

使用 tmpnam 和 tmpfile

SUS 为处理临时文件定义了另外两个函数：

#include <stdlib.h>

char *mkdtemp(char *template);
//Returns: pointer to directory name if OK, NULL on error

int mkstemp(char *template);
//Returns: file descriptor if OK, −1 on error

使用 mkstemp

5.14 内存流

内存流的特征：没有底层文件，所有的 I/O 操作都是通过缓存和主存之间的字节运输完成的

介绍第一个创建内存流的函数

#include <stdio.h>

FILE *fmemopen(void *restrict buf, size_t size,const char *restrict type);
//Returns: stream pointer if OK, NULL on error

使用 fmemopen 函数

课后习题

5.1 用 setvbuf 实现 setbuf

我的解答