《Unix環境高級編程》讀書筆記第5章-標準I/O流

2024-06-28 13:24:56

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

《Unix環境高級編程》讀書筆記第5章-標準I/O流1. 引言

標準I/O庫由ISO C標準說明，由各個操作系統實現
標準I/O庫處理很多細節，如緩沖區分配、以優化的塊長度執行I/O等。這些處理使用戶不必擔心如何使用正確的塊長度，這使得它便于用于使用，但是如果不深入地了解I/O庫函數的操作，也會帶來一些問題。

2. 流和FILE對象

第3章中，所有I/O函數都是圍繞文件描述符的；對于標準I/O庫，它們的操作是圍繞流FILE *進行的，稱其為文件指針。
FILE對象通常是一個結構，它包括了標準I/O庫為管理該流需要的所有信息，包括用于實際I/O的文件描述符、指向用于該流緩沖區的指針、緩沖區的長度、當前在緩沖區中的字符數以及出錯標志等。
標準I/O文件流可用于單字節或多字節（“寬”）字符集。
流的定向決定了所讀、寫的字符是單字節還是多字節的。當一個流最初被創建時，它并沒有定向。若在為定向的流上使用一個多字節I/O函數，則將流的定向設置為寬定向的；若在為定向的流上使用一個單字節I/O函數，則將流的定向設置為字節定向的。

#include <stdio.h>
#include <wchar.h>
int fwide(FILE *fp, int mode);
　　Returns: positive if stream is wide oriented, negative if stream is byte oriented, or 0 if stream has no orientation

根據mode參數的不同字，fwide函數執行不同的工作。
1. mode為負，則字節定向；
2. mode為正，則寬定向；
3. mode為0，則不設置流的定向，fwide返回標識該流定向的值
注意，fwide并不改變已定向流的定向

3. 標準輸入、標準輸出、標準錯誤

3個標準I/O流通過預定義文件指針（即FILE *) stdin、stdout、stderr加以引用。

4. 緩沖

標準I/O庫提供緩沖的目的是盡可能減少使用read和write調用的次數。它對每個I/O流自動地進行緩沖管理，從而避免了應用程序需要考慮這一點所帶來的麻煩。遺憾的是，標準I/O庫最令人迷惑的也是它的緩沖。
標準I/O提供了以下3種類型的緩沖：
1. 全緩沖。在填滿標準I/O緩沖區后才進行實際I/O操作。對于駐留在磁盤上的文件通常由標準I/O庫實施全緩沖。緩沖區可由標準I/O例程自動地沖洗（flush），也可通過調用函數fflush沖洗一個流。
  - 術語flush有兩種意思：在標準I/O庫方面，flush（沖洗）意味著緩沖區中的內容寫到磁盤上；在終端驅動程序方面，flush（刷清）表示丟棄已存儲在緩沖區中的數據。
2. 行緩沖。當輸入或輸出中遇到換行符時，標準I/O庫執行I/O操作。當流涉及一個終端時，通常使用行緩沖。
  - 對于行緩沖有兩個限制：
    只要填滿了緩沖區，即使還沒遇到換行符，也進行I/O操作；
    任何時候只要通過標準I/O庫要求從（a）一個不帶緩沖的流，或者（b）一個行緩沖的流得到輸入數據，那么就會flush所有行緩沖輸出流。
3. 不帶緩沖。標準I/O庫不對字符進行緩沖存儲。如fputs函數。標準錯誤流stderr通常是不帶緩沖的。
ISO C要求下列緩沖特征：
- 當且僅當標準輸入和標準輸出并不指向交互式設備時，它們才是全緩沖的
- 標準錯誤決不會是全緩沖的
很多系統默認使用下列類型的緩沖：
- 標準錯誤是不帶緩沖的
- 若是指向終端設備的流，則是行緩沖的；否則是全緩沖的

#include <stdio.h>
void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf );
// 使用該函數打開或關閉緩沖機制。參數buf必須指向一個長度為BUFSIZ的緩沖區；或為NULL以關閉緩沖
int setvbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);
Returns: 0 if OK, nonzero on error

上面兩個函數必須在流被打開后，且對流執行任何一個其他操作之前調用
mode參數：_IOFBF全緩沖、_IOLBF行緩沖、_IONBF不帶緩沖
如果指定全緩沖或行緩沖，則buf和size可選擇地指定一個緩沖區及其長度。若流帶緩沖而buf是NULL，則標準I/O庫將自動地為該流分配適當長度的緩沖區。

#include <stdio.h>
int fflush(FILE *fp); // 若fp為NULL，則導致所有輸出流被沖洗
　　Returns: 0 if OK, EOF on error

5. 打開流

下列3個函數打開一個標準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);
// 在一個指定的流上打開一個指定的文件，如若該流已經打開，則先關閉該流
FILE *fdopen(int fd, const char *type); // 取一個已有的文件描述符，并使一個標準的I/O流與該描述符相結合
　　All three return: file pointer if OK, NULL on error

打開標準I/O流的type參數
字符b，代表二進制。但Unix內核并不對文本文件和二進制文件進行區分
注意：在指定w或a類型創建一個新文件時，我們無法說明該文件的訪問權限位；而open和creat可以
如果以讀和寫類型打開一個文件時（type中帶+號），具有下列限制：
1. 如果中間沒有fflush、fseek、fsetpos或rewind，則在輸出的后面不能直接跟隨輸入
2. 如果中間沒有fseek、fsetpos或rewind，或者一個輸入操作沒有到達文件尾端，則在輸入操作之后不能直接跟隨輸出
打開一個標準I/O流的6種不同方式
除非流引用終端設備，否則按系統默認，流被打開是全緩沖的。若流引用終端設備，則該流是行緩沖的。

#include <stdio.h>
int fclose(FILE *fp);
　　Returns: 0 if OK, EOF on error

當一個進程正常終止時（調用exit或從main函數返回），則所有帶未寫緩沖數據的標準I/O流都被沖洗，所有打開的標準I/O流都被關閉。

6. 讀和寫流

一旦打開了流，可在3種不同類型的非格式化I/O中進行選擇，對其進行讀、寫操作
1. 每次一個字符的I/O
2. 每次一行的I/O
3. 直接I/O（二進制I/O、面向記錄的I/O、一次一個對象的I/O）
在大多數實現中，為每個流在FILE對象中維護了兩個標志：
1. 出錯標志
2. 文件結束標志
區分是出錯還是到達文件尾端，因為這兩種情況下返回值相同