C C++ POSIX 的一些 IO 操作

一些 C C++ POSIX 的 IO 操作总结

• 文件-内存之间
• 内存-内存之间
• POSIX 有无缓冲的 IO 操作

对文件的操作，读文件至内存，从内存写至文件

// 读文件至内存buf中
void Fread()
{
        char buf[BUFSIZE];
        size_t flen = 0;
        FILE *fp = fopen("./foo", "r+");

        flen = fread(buf, sizeof(char), BUFSIZE, fp); // fp -> buf
        printf("read len: %lu\n", flen);
        printf("Fread text:\n%s\n\n", buf);
        fclose(fp);
}

// 将内存 buf 中的内容写入打开的文件 fp 中
void Fwrite()
{
        char buf[BUFSIZE] = BUFTEXT;
        size_t flen = 0;
        FILE *fp = fopen("./foo", "w+");
        flen = fwrite(buf, sizeof(char), strlen(buf), fp); // buf -> fp
        printf("Fwrite write len: %lu\n\n", flen);
        fclose(fp);
}

// 将fp 换为 stdin 输入至 buf 中
void Fscanf()
{
        char buf[BUFSIZE];
        size_t flen = 0;
        FILE *fp = fopen("./foo", "r+");
        while(fscanf(fp, "%s", buf) != EOF) // fp -> buf, terminated by blank char
                printf("Fscanf text:\n%s\n", buf);
        printf("\n");
        fclose(fp);
}

// C++ 文件流，输入至内存中，由于流遇到空格等空白符停止所以需循环将流中的内容全部输入至
// 内存（string）中，直至返回 EOF
void Ifstream()
{
        ifstream ifs("./foo");
        string buf;
        while (ifs >> buf) // ifs -> buf
                cout <<"Ifstream: " <<  buf << endl;

        // char *str = new char[100];
        // ifs.read(str, 10);
        // whlile (getline(ifs, buf))
        //      cout << "Ifstream: " << buf << endl;
        ifs.close();
        cout << endl;
}

// fp 换为 stdout， buf 中的内容写入至 fp 中
void Fprintf()
{
        char buf[BUFSIZE] = "ioi ioi";
        int flen = 0;
        FILE *fp = fopen("./foo", "w+");
        flen = fprintf(fp, "%s", buf); // buf -> fp
        printf("Fprintf len: %d\n", flen);
        fclose(fp);
}

void Ofstream()
{
        ofstream ofs("./foo", ios::app | ios::out);
        string buf = "quick,,time go on";
        // ofs << buf;
        ofs.write(buf.c_str(), buf.size());
        ofs.close();
}

字符流的操作，内存至内存

// 文件流 stdio 换为 str， 格式化输入
void Sscanf()
{
        char str[BUFSIZE] = BUFTEXT;
        char buf[BUFSIZE];
        sscanf(str, "%s", buf); // str -> buf
        printf("Sscanf text:\n%s\n\n", buf);
}

// istringstream 对象 iss 绑定 buf，作为输入流输入至 word（string）
void Istringstream()
{
        string buf = "hello world";
        string word;

        istringstream iss(buf); // buf -> iss
        while (iss >> word)     // iss -> word, repeatedly
                cout << "Istringstream: " << word << endl;
}

// 与 sscanf() 类似, 格式化输出
void Sprintf()
{
        char str[BUFSIZE] = BUFTEXT;
        char buf[BUFSIZE];
        sprintf(buf, "%s", str); // str -> buf
        printf("Sprintf text:\n%s\n\n", buf);
}

// 与 istringstream 类似
void Ostringstream()
{
        string buf = BUFTEXT;
        string word;

        ostringstream oss;
        oss << buf;             // buf -> oss
        word = oss.str();       // oss -> word
        cout << "Ostringstream: " << word << endl;
}

Linux 有无缓冲的 IO操作 （参考 UNP）

// 无缓冲， 普通的 read() write() 并不难保证完成所需要传送的字符数
ssize_t rio_readn(int fd, void *usrbuf, size_t n)
{
        size_t nleft = n;
        ssize_t nread;
        char *bufp = usrbuf;

        while (nleft > 0) {
                if ((nread = read(fd, bufp, nleft)) < 0) {
                        if (errno == EINTR)     // interrupted by sig handler return
                                nread = 0;      // call read() again
                        else
                                return -1;      // errno set by read()
                } else if (nread == 0)
                        break;                  // EOF
                nleft -= nread;
                bufp += nread;
        }

        return (n - nleft);
}

// not buff read
ssize_t rio_writen(int fd, void *usrbuf, size_t n)
{
        size_t nleft = n;
        ssize_t nwritten;
        char *bufp = usrbuf;

        while(nleft > 0) {
                if ((nwritten = write(fd, bufp, nleft)) <= 0) {
                        if (errno == EINTR)
                                nwritten = n;
                        else
                                return -1;
                }
                nleft -= nwritten;
                bufp += nwritten;
        }

        return n;
}

// IO 缓冲区结构体
typedef struct {
        int rio_fd;
        int rio_cnt;
        char *rio_bufptr;
        char rio_buf[RIO_BUFSIZE];
} rio_t;
// 与 read() 语义相同
// 如果缓冲区为空会通过调用 read() 填满它
static ssize_t rio_read(rio_t *rp, char *usrbuf, size_t n)
{
        int cnt;

        while (rp->rio_cnt <= 0) {      // refill if buf is empty
                rp->rio_cnt = read(rp->rio_fd, rp->rio_buf, sizeof(rp->rio_buf));
                if (rp->rio_cnt < 0) {
                        if (errno != EINTR)
                                return -1;
                } else if (rp->rio_cnt == 0) {  // EOF
                        return 0;
                } else {
                        rp->rio_bufptr = rp->rio_buf;   // reset buffer ptr
                }
        }

        // copy min(n, rp->cnt) bytes from internal buf to user buf
        cnt = n;
        if (rp->rio_cnt < n)
                cnt = rp->rio_cnt;
        memmove(usrbuf, rp->rio_bufptr, cnt);
        rp->rio_bufptr += cnt;
        rp->rio_cnt -= cnt;

        return cnt;
}

一点小结

• 本质是操作对象的变化

// C
printf()  -- stdout     scanf()  -- stdin
fprintf() -- FILE*      fscanf() -- FILE*
sprintf() -- char*      sscanf() -- str
// C++ 与上类似， 都具有缓冲区
ostream                 istream
ofstream                ifstream
ostringstream           istringstream

• 带有缓冲区的 rio_read() 有时效率很高，因为不必一直在内核-用户态之间切换