C文件IO

ANSI C标准差点儿被全部的操作系统支持，ANSI C标准提供了完好的I/O函数，使用这些I/O操作我们能够控制程序的输入输出、读写系统磁盘文件。本文记录了用户进程I/O缓冲介绍、文件的读写、文件定位操作等内容。

库函数与系统调用

文件是位于磁盘上的，怎样在执行的程序（进程）中控制文件的读写，通过以下的这张图，我们能够看到应用程序怎样控制系统资源（包含磁盘中的文件）的大概的原理。

操作系统帮助我们管理硬件资源，封装底层实现，以接口的形式（系统调用函数）供上层应用程序调用。直接使用操作系统提供的系统调用函数我们就能够控制文件的读写，可是一般我们在应用程序中不提倡这样做，由于会带来性能上的问题。应用程序调用系统调用函数的时候，操作系统会从用户态转变成内核态，完毕调用后，再从内核态转成用户态（Linux中是通过软中断实现的），而频繁的系统状态切换是须要开销的，会给用户应用程序带来性能上的问题。另外就是可移植性的问题，每一个操作系统向外提供的接口是不尽同样的，假设直接在应用程序中使用系统调用函数，那么程序的可移植性将会非常差。在ANSI
C标准中为我们提供了标准函数（库函数）去操作系统调用函数，库函数是一些可以完毕特定功能的函数，一般由某个标准组织公布，并形成一种公认的标准，所以使用库函数可以屏蔽操作系统间对外接口的差异。

以下是网友总结的库函数和系统调用函数之间的差异

缓冲和非缓冲

对于文件的訪问操作，能够依照是否使用缓冲区，分为缓冲文件操作和非缓冲文件操作

缓冲文件操作：高级文件操作，如第一幅图用户应用程序的左分支，在用户进程空间为打开的文件分配缓冲区。ANSI C标准就是使用的这样的文件操作。本文讨论的正是这样的。

非缓冲文件操作：低级文件操作，如第一幅图用户应用程序的右分支，在用户进程空间不设文件缓冲区。POSIX C标准的I/O就是使用的非缓冲文件操作。

说明：这里所说的缓冲所有指的是用户进程空间的文件缓冲，即使是非缓冲的文件操作，在内核部分也是使用了多级缓冲，而不是直接訪问磁盘（能够參考操作系统的存储器结构）。

文件与文件流

流是一种抽象的数据结构，是ANSI C用来高效的管理打开了的文件信息的，在实际编程中的体现就是struct FILE结构体，在stdio.h头文件里定义，流对象最重要的机制就是缓冲区和格式转换。在Linux系统中系统默觉得每一个进程打开3个文件，相应3个流就是标准输入流、标准输出流、标准错误流。除此之外，须要用到的其它文件须要自己打开和关闭。

文件的I/O操作

依照读/写的对象、能够分为按字符、行、块、格式化等几种读写操作。

（1）按字符读/写文件流

以下的这段程序是使用fgetc和fputc来读取指定文件里的内容到标准输出（显示器）,执行时须要指定一个文件

#include<stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    FILE *fp=NULL;
    char ch;
    if(argc<=1)
    {
        printf("check usage of %s \n",argv[0]);
        return -1;
    }
    if((fp=fopen(argv[1],"r"))==NULL)
    {
        printf("can not open %s\n",argv[1]);
        return -1;
    }
    while ((ch=fgetc(fp))!=EOF)
        fputc(ch,stdout);
    fclose(fp);
    return 0;
}

执行程序：

（2）按行读/写文件流

以下是一个使用fgets和fputs实现上述功能的程序

#include<stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
    FILE *fp=NULL;
    char str[20];
    if((fp=fopen(argv[1],"r"))==NULL)            //按仅仅读的形式打开文件
    {
        printf("can not open!\n");
        return -1;
    }
    fgets(str,sizeof(str),fp);                          //从打开文件里读取sizeof(str)个字节到str中
    fputs(str,stdout);                                 //将str输出到标准输出
    fclose(fp);                                          //关闭文件
    return 0;
}

（3）依照块读写

以下是使用fread和fwrite来实现的按块读写的程序

#include<stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
    struct student
    {
        char name[10];
        int number;
    };
    FILE *fp=NULL;
    int i;
    struct student boya[2],boyb[2],*pp,*qq;
    if((fp=fopen("aa.txt","w+"))==NULL) //以可读写的方式打开文件；若该文件存在则清空，若不存在就创建
    {  //打开文件失败
        printf("can not open!\n");
        return -1;
    }
    pp=boya;
    qq=boyb;
    printf(“please input two students‘ name and number:\n");
    for (i=0;i<2;i++,pp++)
    scanf("%s\%d",pp->name,&pp->number);
    pp=boya;
    fwrite(pp,sizeof(struct student),2,fp); //将从键盘输入的信息写入到文件流fp中
    rewind(fp); //将读写位置定位到文件头
    fread(qq,sizeof(struct student),2,fp); //从文件流fp中读两个结构体到qq
    printf("name\t\t number\n");
    for(i=0;i<2;i++,qq++) //输出qq中的内容
        printf("%s\t\t %d\n",qq->name,qq->number);
    fclose(fp);
    return 0;
}

（4）依照格式化读/写

以下这段程序是使用sprintf和sscanf进行文件读/写操作

#include<stdio.h>

int main()
{
        FILE *fp = NULL;
        int i = 20;
        char ch = 'D';
        if((fp=fopen("f2","r+"))==NULL)
        {
                printf("open file f2 failed.");
                return -1;
        }

        fprintf(fp,"%d:%c\n",i,ch);  //依照指定格式写文件

        int new_i = 0;
        char new_ch;

        rewind(fp);  //使读写指针归位

        fscanf(fp,"%d:%c\n",&new_i,&new_ch);  //依照指定格式读文件

        printf("new_i=%d, new_ch=%c\n",new_i,new_ch);

        fclose(fp);

        return 0;
}

程序执行结果：

再说缓冲区

能够发现上述4中形式的读写操作，都没有指明缓冲区，可是它们都使用到了位于用户进程空间的文件缓冲区，这是由于，对于随意的流，假设没有指明其缓冲区的类型，系统将指定默认类型的缓冲区。假设用户希望自己指定缓冲区，能够使用setbuf( )或者setvbuf( )函数指定，这两个函数的声明例如以下：

extern  void  setbuf ( 流对象, 缓冲区);

假设将缓冲区设置为NULL，则关闭缓冲区。

extern  int  setvbuf (流对象,缓冲区, 模式,缓冲区大小)

setvbuf比setbuf更加灵活，当中模式可取值有0、1、2，分别表示全缓冲、行缓冲、无缓冲，假设模式是2，那么将会忽视第二和第四个參数。

以下是一个改动缓冲区的程序：

/* Example show usage of setbuf() &setvbuf() */
#include<stdio.h>
#include<error.h>
#include<string.h>
int main( int argc , char ** argv )
{
	int i;
	FILE * fp;
	char msg1[]="hello,wolrd\n";
	char msg2[] = "hello\nworld";
	char buf[128];

//open a file and set nobuf(used setbuf).and write string to it,check it before close of flush the stream
	if(( fp = fopen("no_buf1.txt","w")) == NULL)
	{
		perror("file open failure!");
		return(-1);
	}
	setbuf(fp,NULL);
	memset(buf,'\0',128);
	fwrite( msg1 , 7 , 1 , fp );
	printf("test setbuf(no buf)!check no_buf1.txt\n");
	printf("now buf data is :buf=%s\n",buf);

	printf("press enter to continue!\n");
	getchar();
	fclose(fp);

//open a file and set nobuf(used setvbuf).and write string to it,check it before close of flush the stream
	if(( fp = fopen("no_buf2.txt","w")) == NULL)
	{
		perror("file open failure!");
		return(-1);
	}
	setvbuf( fp , NULL, _IONBF , 0 );
	memset(buf,'\0',128);
	fwrite( msg1 , 7 , 1 , fp );
	printf("test setvbuf(no buf)!check no_buf2.txt\n");

	printf("now buf data is :buf=%s\n",buf);

	printf("press enter to continue!\n");
	getchar();
	fclose(fp);

//open a file and set line buf(used setvbuf).and write string(include '\n') to it,
//
//check it before close of flush the stream
	if(( fp = fopen("l_buf.txt","w")) == NULL)
	{
		perror("file open failure!");
		return(-1);
	}
	setvbuf( fp , buf , _IOLBF , sizeof(buf) );
	memset(buf,'\0',128);
	fwrite( msg2 , sizeof(msg2) , 1 , fp );
	printf("test setvbuf(line buf)!check l_buf.txt, because line buf ,only data before enter send to file\n");

	printf("now buf data is :buf=%s\n",buf);
	printf("press enter to continue!\n");
	getchar();
	fclose(fp);

//open a file and set full buf(used setvbuf).and write string to it for 20th time (it is large than the buf)
//check it before close of flush the stream
	if(( fp = fopen("f_buf.txt","w")) == NULL){
		perror("file open failure!");
		return(-1);
	}
	setvbuf( fp , buf , _IOFBF , sizeof(buf) );
	memset(buf,'\0',128);
	fwrite( msg2 , sizeof(msg2) , 1 , fp );
	printf("test setbuf(full buf)!check f_buf.txt\n");

	printf("now buf data is :buf=%s\n",buf);
	printf("press enter to continue!\n");
	getchar();

	fclose(fp);

}

其它文件操作

以下介绍一些在文件操作中经常使用的函数

打开、关闭文件操作fopen和fclose

fp = fopen(文件名称,文件操作方式);

文件的操作方式有下面这些

关闭文件使用fclose(文件指针); 或者 fcloseall()函数。

文件流检測

extern  int  feof(流对象)

用于推断流对象是否读到文件尾部，假设是返回1，否则，返回0；

extern  int   ferror(流对象)

用于推断流对象是否出现了错误，若没有错误，则返回0，否则，返回非0。

extern  long  int  ftell(流对象)

返回当前读写位置距离文件开头位置的字节数，若运行失败，返回-1

extern  int  fseek(流对象，偏移距离，基准位置)

基准位置可取值有0、1、2分别表示文件开头、当前位置、文件结尾

将读写位置移到，距离基准位置偏移距离处。若成功，返回0；否则，返回，-1

extern  void  rewind(流对象)

将读写位置重置到文件開始处。