C语言之输入输出

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标准库 IO

输入输出功能并非C语言的组成部分，ANSI标准定义了相关的库函数

输入输出 <stdio.h>

流stream是与设备关联的数据的源或者目的地。

文本流：由文本行组成的序列
不同系统的特性可能不一样，比如行最大长度和行结束符
二进制流：未经处理的字节序列

程序运行时，默认打开 stdin, stdout, stderr

标准 IO 常量

EOF：文件尾，实际值是几个字符避免混淆
FOPEN_MAX：一个程序同时最多能够打开的文件数量，与编译器有关，值至少为 8
FILENAM_MAX：编译器支持的最长文件名

文件流操作

文件指针指向包含文件信息的结构，包括缓冲区，读写状态等

打开与关闭

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);                    // 打开文件流 /* mode: * r, 打开读 * w, 打开或创建写，删除原有内容 * a, 打开或者创建，文件尾追加 * +, 更新，读或写，交叉操作前需要执行fflush或者定位操作   * r+, 打开文件更新（读和写）   * w+, 创建文件更新，删除原有内容   * a+, 打开或创建文件，文件尾更新 * b, 二进制流模式  应始终检查返回值 */  FILE *freopen(const char *filename, const char *mode, FILE *stream);    // 先关闭再打开文件流  FILE *fdopen(int fd, const char *type);   // POSIX标准，常用于由创建管道和网络通信通道函数返回的描述符，不能直接用 fopen 打开 // type 参数: r, w, a, (+) // 注意读写模式下读写操作之间需要进行调用定位函数   int fclose(FILE *stream);                                               // 刷新输出缓冲，释放系统缓冲区，关闭流   int fileno(FILE *fp);   // POSIX 标准

流的定向

标准IO可用于单字节和多字节字符集，具体由流的定向决定。

freopen函数清除一个流的定向
fwide函数设置流的定向、

#include <stdio.h> #include <wchar.h>  int fiwde(FILE *fp, int mode); /* mode<0, 试图设置为单字节 mode>0，试图设置为多字节 mode=0，不设置定向，返回流的定向  不会改变已经设置的流定向 */

文件操纵函数

重命名

int remove(FILE *stream);                               // 删除文件  int rename(const char *oldname, const char *newname); // 重命名文件

临时文件

FILE *tmpfile(void);     // 以`wb+`模式创建临时文件，在关闭或者程序结束时自动删除 // 实现上tmpnam，创建文件，unlink(不会删除内容)，文件的关闭会在程序结束中自动进行  char *tmpnam(char s[L_tmpnam]); // 创建不同现有文件名的字符串，NULL返回指向静态数组的指针  // UNIX 优势是不存在时间间隙，避免其他进程创建同名文件 char *mkdtemp(char *temple);  // 创建目录 int mkstmp(char *temple);     // 创建文件，不会自动删除

缓冲操作

标准IO提供缓冲的目的是尽可能减少read/write的调用次数

全缓冲：缓冲区满了才进行实际IO操作
行缓冲：遇到换行符才进行IO操作
- 行缓冲的长度是固定的，行缓冲满了即使没有换行符也会进行IO操作
- 标准IO要求从不带缓冲或者行缓冲（需要从内核请求数据）获取数据，会立即刷新所有行缓冲的输出流
不带缓冲

ISO C标准

当且仅当标准输入和标准输出不指向交互式设备才是全缓冲的
标准错误不会是全缓冲的

默认情况

标准错误不带缓冲
若是指向终端设备的流，则是行缓冲的，否则是全缓冲的

更换缓冲的类型：流被打开之后，且在执行任何操作之前

int fflush(FILE *stream);                                               // 刷新缓冲区 /* - 对于输出流，刷新写入缓冲区的内容至目标文件 - 对于输入流，其结果是未定义的 - NULL，刷新所有的缓冲区  实际使用技巧：每个调试 printf 之后立马调用 fflush */  int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);            // 必须在执行读写操作之前设置缓冲 /* mode: - _IOFBF 完全缓冲 - _IOLBF 行缓冲 - _IONBF 不设置缓冲 */  void setbuf(FILE *stream, char *buf);     // char buf[BUFSIZ] /* - buff为 NULL, 关闭缓冲 - 否则，等价于 `_IOFBF`  // 注意：buf 不要使用自动变量类型，尽量使用系统缓冲区或者动态分配内存 */

#TODO#查看流缓冲状态《UNIX高级环境编程》

读写流操作

字符 IO

#TODO#输入输出函数家族《C和指针》P301

int fgetc(FILE *stream);  // unsigned char 转 int, 兼容EOF int getc(FILE *stream);   // 等价于 fgetc，注意实现为宏 int getchar(void);        // 等价于 getc(stdin)  int fputc(int c, FILE *stream); int putc(int c, FILE *stream);  // 等价于 fputc, 注意实现为宏 int putchar(int c);             // 等价于 fputc(stdout)  // 只有fgetc和fputc是函数，其他都是宏  int ungetc(int c, FILE *stream);  // 将字符退回流中，依赖于当前位置 // 不同于写操作，仅涉及流本身而无关设备存储

未格式化的行IO

char *fgets(char *s, int n, FILE *stream);  // 自动包含换行符，n 换为 ，最多n-1 char *gets(char *s);                        // 不自动包含换行符。没有缓冲区长度参数，可能导致越界；不推荐使用，已废弃   int fputs(const char *s, FILE *stream);     // 不自动包含换行符n，逐字符输入任意个数换行符 int puts(const char *s);                    // 自动添加换行符n  ssize_t getline(char **lineptr, size_t *n, FILE *stream); // 根据输入动态分配内存，无需预先确定输入字符串的最大长度 // 在存储的字符串中将换行符替换为字符串结束符''

格式化 IO

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...); int printf(const char *format, ...);                  // 等价于 `fprintf(stdout, fotmat, ...)` int sprintf(char *s, const char *format, ...);        // 包含结束符 NUL，无长度参数，可能越界溢出 int snprintf(char *buf, szie_t n, const char *format, ...); // 超出部分截断，出错返回负值  int fdprintf(int fd, const char *format, ...);  // 变长参数列表变体 int vprintf(const char *format, va_list arg); int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va_list arg); int vsprintf(char *s, const char *format, va_list arg);

转换格式：

普通字符：复制到输出流
转换说明：控制参数的格式转换
- 开头 %
- 标志[可选]
  - -左对齐，缺省为右对齐
  - +显示正负号
  - 空格有符号值转换
  - 0 宽度不足时填充 0
  - #指定另一种输出形式
- 宽度数值[可选]：指定最小字段宽度
- 精度数值[可选]：点号开始，后接十进制数值
- 长度修饰符[可选]：指定参数的长度
  - h 按照short/unsigned short 输出
  - l 按照long/unsigned long 输出
  - L 按照long double 输出
- 结尾: 转换字符, d, c, s, f, x等

int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...); int scanf(const char *format, ...); int sscanf(const char *s, char *format, ...);  int fdscanf(int fd, const char *format,...);  // 变长参数列表变体 ...

参数必须是指针
到文件尾或者出错返回EOF，否则返回实际输入的字符数

转换格式

空格或者制表符
普通字符：匹配下一个输入
转换说明
- 开始标志%[可选]
- 赋值屏蔽符号*[可选]
- 最大字段宽度数值[可选]
- 限定符 hlL，指定参数的长度[可选]
- 结束标志：转换字符 d,f,c, s, x等等

#TODO#4种使用场景P309

二进制 IO

直接IO/二进制IO，通常一次处理一个结构，能够处理null字节和换行符。

注意事项：只能用于同一系统，不同系统的偏移对齐以及存储格式可能不同。因此网络通信需要指定规范。

size_t fread(void *buffer, size_t size, size_t nobj, FILE *stream);  size_t fwrite(const void *buffer, size_t size, size_t nobj, FILE *stream);  /* 返回值是实际读写的元素的个数而非字节数 fread：少于nobj, 出错或者EOF，需要进一步分辨 fwrite：少于nobj，错误 */

内存流

无关文件，直接在缓冲区和主存之间进行字节IO。非常适用于字符串。

Linux支持。

FILE *fmemopen(void *buf, size_t size, const char *type); // buf=null, 读写无意义；对于null字节的处理十分特殊  FILE *open_memstream(char **bufp, size_t sizep);   // 面向字节的流  FILE *open_wmemstream(wchar_t **bufp, size_t *sizep);  // 面向宽字节的流

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文件定位函数

二进制文件：使用字节偏移量，不一定支持 SEEK_END
文本文件：格式不同不能使用字节，orgin=SEEK_SET, offset=0/ftell

int fseek(FILE *stream, long offset, int origin); /* - 二进制文件   - origin     - `SEEK_SET` 文件开始处     - `SEEK_CUR` 当前位置     - `SEEK_END` 文件结束处，可能不支持 - 文本文件   - `SEEK_SET`；offset是 0 或者 `ftell`返回值   - `SEEK_CUR`/`SEEK_END`：offset只能是 0  注意事项 - 行末指示符将被清除 - 退回的字符将被丢弃 - 更新模式中的读写操作切换 */  long ftell(FILE *stream);  void rewind(FILE *stream);    // 重置为起始位置 //等价于 `fseek(stream, 0L, SEEK_SET); clearerr(stream);`

// off_t, 大于32位 UNIX 标准 off_t ftello(FILE *fp); int seeko(FILE *fp, off_t offset, int origin);

// fpos_t ISO C标准，更加通用 int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *ptr);  int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *ptr);

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错误处理函数

发生错误或者到达文件尾时会设置状态指示符

整型表达式 errno 包含错误编号，定义在 <errno.h>

只有库函数失败时才会设置 errno, 成功执行并不会修改 errno
任何函数都不会将常量置为0

/* ----- 流错误 -----*/ int feof(FILE *stream);     // 流设置了文件结束指示符，返回非0值  int ferror(FILE *stream);   // 流设置了错误指示符，返回非0值  int clearerr(FILE *stream); // 清除流的所有指示符

#include <string.h> char *strerror(int crrno);  // 映射错误信息  #include  <stdio.h> int perror(const char *s);  // 打印字符串和 errno 错误信息 // 类似于 fprintf(stderr, "%s: %sn", s, "error essage");