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《Unix环境高级编程》读书笔记 第5章-标准I/O流

2024-06-28 13:24:56
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《Unix环境高级编程》读书笔记 第5章-标准I/O流1. 引言
  • 标准I/O库由ISO C标准说明,由各个操作系统实现
  • 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等。这些处理使用户不必担心如何使用正确的块长度,这使得它便于用于使用,但是如果不深入地了解I/O库函数的操作,也会带来一些问题。
2. 流和FILE对象
  • 第3章中,所有I/O函数都是围绕文件描述符的;对于标准I/O库,它们的操作是围绕流FILE *进行的,称其为文件指针
  • FILE对象通常是一个结构,它包括了标准I/O库为管理该流需要的所有信息,包括用于实际I/O的文件描述符、指向用于该流缓冲区的指针、缓冲区的长度、当前在缓冲区中的字符数以及出错标志等。

  • 标准I/O文件流可用于单字节或多字节(“宽”)字符集。

  • 流的定向决定了所读、写的字符是单字节还是多字节的。当一个流最初被创建时,它并没有定向。若在为定向的流上使用一个多字节I/O函数,则将流的定向设置为宽定向的;若在为定向的流上使用一个单字节I/O函数,则将流的定向设置为字节定向的。
  1. #include <stdio.h>
  2. #include <wchar.h>
  3. int fwide(FILE *fp, int mode);
  4.   Returns: positive if stream is wide oriented, negative if stream is byte oriented, or 0 if stream has no orientation
  • 根据mode参数的不同字,fwide函数执行不同的工作。
    1. mode为负,则字节定向;
    2. mode为正,则宽定向;
    3. mode为0,则不设置流的定向,fwide返回标识该流定向的值
  • 注意,fwide并不改变已定向流的定向
3. 标准输入、标准输出、标准错误
  • 3个标准I/O流通过预定义文件指针(即FILE *) stdin、stdout、stderr加以引用。
4. 缓冲
  • 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。它对每个I/O流自动地进行缓冲管理,从而避免了应用程序需要考虑这一点所带来的麻烦。遗憾的是,标准I/O库最令人迷惑的也是它的缓冲。

  • 标准I/O提供了以下3种类型的缓冲:

    1. 全缓冲。在填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作。对于驻留在磁盘上的文件通常由标准I/O库实施全缓冲。缓冲区可由标准I/O例程自动地冲洗(flush),也可通过调用函数fflush冲洗一个流。
      • 术语flush有两种意思:在标准I/O库方面,flush(冲洗)意味着缓冲区中的内容写到磁盘上;在终端驱动程序方面,flush(刷清)表示丢弃已存储在缓冲区中的数据。
    2. 行缓冲。当输入或输出中遇到换行符时,标准I/O库执行I/O操作。当流涉及一个终端时,通常使用行缓冲。
      • 对于行缓冲有两个限制:
        1. 只要填满了缓冲区,即使还没遇到换行符,也进行I/O操作;
        2. 任何时候只要通过标准I/O库要求从(a)一个不带缓冲的流,或者(b)一个行缓冲的流得到输入数据,那么就会flush所有行缓冲输出流。
    3. 不带缓冲。标准I/O库不对字符进行缓冲存储。如fputs函数。标准错误流stderr通常是不带缓冲的。
  • ISO C要求下列缓冲特征:

    • 当且仅当标准输入和标准输出并不指向交互式设备时,它们才是全缓冲的
    • 标准错误决不会是全缓冲的
  • 很多系统默认使用下列类型的缓冲:

    • 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
  1. #include <stdio.h>
  2. void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf );
  3. // 使用该函数打开或关闭缓冲机制。参数buf必须指向一个长度为BUFSIZ的缓冲区;或为NULL以关闭缓冲
  4. int setvbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);
  5. Returns: 0 if OK, nonzero on error
  • 上面两个函数必须在流被打开后,且对流执行任何一个其他操作之前调用
  • mode参数:_IOFBF全缓冲、_IOLBF行缓冲、_IONBF不带缓冲
  • 如果指定全缓冲或行缓冲,则buf和size可选择地指定一个缓冲区及其长度。若流带缓冲而buf是NULL,则标准I/O库将自动地为该流分配适当长度的缓冲区。
  1. #include <stdio.h>
  2. int fflush(FILE *fp); // 若fp为NULL,则导致所有输出流被冲洗
  3.   Returns: 0 if OK, EOF on error
5. 打开流
  • 下列3个函数打开一个标准I/O流
  1. #include <stdio.h>
  2. FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type);
  3. FILE *freopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type, FILE *restrict fp);
  4. // 在一个指定的流上打开一个指定的文件,如若该流已经打开,则先关闭该流
  5. FILE *fdopen(int fd, const char *type); // 取一个已有的文件描述符,并使一个标准的I/O流与该描述符相结合
  6.   All three return: file pointer if OK, NULL on error
  • 打开标准I/O流的type参数
  • 字符b,代表二进制。但Unix内核并不对文本文件和二进制文件进行区分
  • 注意:在指定w或a类型创建一个新文件时,我们无法说明该文件的访问权限位;而open和creat可以
  • 如果以读和写类型打开一个文件时(type中带+号),具有下列限制:

    1. 如果中间没有fflush、fseek、fsetpos或rewind,则在输出的后面不能直接跟随输入
    2. 如果中间没有fseek、fsetpos或rewind,或者一个输入操作没有到达文件尾端,则在输入操作之后不能直接跟随输出
  • 打开一个标准I/O流的6种不同方式

  • 除非流引用终端设备,否则按系统默认,流被打开是全缓冲的。若流引用终端设备,则该流是行缓冲的。
  1. #include <stdio.h>
  2. int fclose(FILE *fp);
  3.   Returns: 0 if OK, EOF on error
  • 当一个进程正常终止时(调用exit或从main函数返回),则所有带未写缓冲数据的标准I/O流都被冲洗,所有打开的标准I/O流都被关闭。
6. 读和写流
  • 一旦打开了流,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
    2. 每次一行的I/O
    3. 直接I/O(二进制I/O、面向记录的I/O、一次一个对象的I/O)
  • 在大多数实现中,为每个流在FILE对象中维护了两个标志:

    1. 出错标志
    2. 文件结束标志
  • 区分是出错还是到达文件尾端,因为这两种情况下返回值相同

  1. #include <stdio.h>
  2. int ferror(FILE *fp);
  3. int feof(FILE *fp);
  4.   Both return: nonzero (true) if condition is true, 0 (false) otherwise
  5. void clearerr(FILE *fp); // 调用clearerr可以清除这两个标志
7. 每次一个字符的I/O
  • 输入函数
  1. #include <stdio.h>
  2. int getc(FILE *fp); // 可被实现为宏,故参数不应当是具有副作用的表达式;返回值是int,因为常量EOF是-1
  3. int fgetc(FILE *fp); // 一定是个函数
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