Linux系统C语言读写文件总结 （二）

1. 概述

这里所说的是标准I/O库。以标准二字限定，是因为接下来介绍的I/O函数由ISO C标准说明并在诸多操作系统上都进行了实现，包括UNIX like OS， Linux， Mac， Windows等。标准I/O库处理了很多细节，例如缓冲区分配，以优化长度执行I/O等。这些处理使得用户不必担心如何使用正确的块长度，从而大大提高了开发效率。

标准I/O库实际上就是在我在上一片博客（Linux系统C语言读写文件总结 （一））中提到的基本I/O操作函数（read,write等）的一个封装。标准I/O函数操作对应的是于文件相关的流（用文件指针FILE *进行表示），而不是文件描述符（fd）。一个FILE结构中包括了实际操作文件的文件描述符，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等。

此外流的定向分为面向单字节的和多字节字符集。freopen函数可以用来清除流的定向，fwide函数可以用来设置流的定向。

2. 标准输入，标准输出和标准出错

有几个特殊的流，对应于标准输入，标准输出和标准出错。他们的文件指针分别是stdin, stdout和stderr，并被定义在头文件<stdio.h>中。到这儿了就可以回想下这三个特殊文件对应的文件描述符。

3. 缓冲

标准I/O提供了三种类型的缓冲：

（1）全缓冲。

（2）行缓冲。

（3）不带缓冲。

4. 打开和关闭流

打开流，成功返回文件指针，否则返回NULL

    #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);    FILE *fdopen(int filedes, const char *type);

type指定对该I/O流的读写方式，ISO C规定该参数有15种不同的值，如下

type说明r或rb
w或wb
a或ab
r+或r+b或rb+
w+或w+b或wb+
a+或a+b或ab+为读而打开
把文件截短至0长，或为写而创建
添加；为在文件尾写而打开，或为写而创建
为读和写而打开
把文件截短至0长，或为读和写而打开
为在文件尾读和写而打开或创建

注：这里r+, w+, a+都可以对文件进行写。区别在于以r+方式打开，文件位置指向文件开头；以w+方式打开，会将原文件长度截短为0；以a+方式打开会将文件位置指向文件结尾处，并且将结尾处作为文件位置的开始，fseek函数也不能将文件位置指向开头处。所以这也就解释了我的疑问：为什么会有r+的存在。

关闭流，成功返回0，否则返回EOF

    #include<stdio.h>    int fclose(FILE *fp);

5. 读和写流（非格式化）

三种不同类型的非格式化I/O：

（1）每次一个字符的I/O。

输入函数

    #include<stdio.h>    int getc(FILE *fp);    int fgetc(FILE *fp);    int getchar(void);

成功则返回下一个字符，若已达到文件结尾或出错则返回EOF。

getc可以实现为宏（更快），而fgetc则只能是函数；getchar等价于getc(stdin)。

其对应的输出函数为

    #include<stdio.h>    int putc(int c, FILE *fp);    int fputc(int c, FILE *fp);    int putchar(int c);

成功则返回c，否则返回EOF。

putc可以实现为宏（更快），而fputc则只能是函数；putchar等价于putc(c, stdout)。

（2）每次一行的I/O。

输入函数

    #include<stdio.h>    char *fgets(char *restrict buf, int n, FILE *restrict fp);    char *gets(char *buf);

成功则返回buf，若已达到文件结尾或出错则返回NULL。

fgets从指定流读，而gets从标准输入读。fgets必须指定缓冲区的长度n，此函数一直读到下一个换行符为止，但是不超过n-1（缓冲区以null结尾）个字符，读入的字符被送入缓冲区。

gets这是一个不推荐使用的函数。因为用户不能指定缓冲区的长度，可能造成缓冲区溢出。

其对应的输出函数为

    #include<stdio.h>    char *fputs(const char *restrict str, FILE *restrict fp);    char *puts(const char *str);

成功则返回非负值，否则返回EOF。

尽量避免使用gets和puts。使用fgets和fputs时需要记住在每行终止处必须处理换行符。

（3）直接I/O（二进制I/O）。

    #include<stdio.h>    size_t fread(void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp);    size_t fwrite(const void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp);

返回值：读或写的对象数。

例子：

a. 写一个数组

    float data[10];    if(write(&data[2], sizeof(float), 4, fp) != 4)        err_sys("fwrite error");

b. 写一个结构体

    struct{        short cout;        long total;        char name[NAMESIZE];    }item;    if(fwrite(&item, sizeof(item), 1, fp) != fp)        err_sys("fwrite error");

6. 格式化I/O

格式化输出

    #include<stdio.h>    int printf(const char *restrict format, ...);    int fprintf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...);//若成功则返回输出的字符数，若输出出错则返回负值    int sprintf(FILE *restrict buf, const char *restrict format, ...);    int snprintf(FILE *restrict buf, size_t n, const char *restrict format, ...);//若成功则返回存入数组的字符数，如编码出错则返回负值

其中的format的描述形式如：%[flags][fldwidth][precision][lenmodifier]convtype

flags选项如下表

标志说明-在字段内左对齐输出+总是显示带符号转换的符号（空格）如果第一个字符不是符号，则在其前面加上一个空格#指定另外一种转换形式（例如，对于十六进制格式，加0x前缀）0添加前导0（而非空格）进行填充

fldwidth说明转换的最小字段宽度，如果转换得到的字符较少，则用空格填充它。字段宽度是一个非负十进制数，或是一个星号（*）。

precision说明整型转换后最少输出数字位数，浮点数转换后小数点后的最少位数，字符串转换后的最大字符数。精度时一个句号（.），后接一个可选的非负十进制整数或一个星号（*）。

转换类型选项如下表

转换类型说明d, i有符号十进制o无符号八进制u无符号十进制x, X无符号十六进制f, Fdouble精度浮点数e, E指数格式的double精度浮点数g, G解释为f, F或e, E，取决于被转换的值a, A十六进制指数格式的double精度浮点数c字符（若带长度修饰符l，则为宽字符）s字符串（若带长度修饰符l，则为宽字符）p指向void的指针n将到目为止，所写的字符数写入到指针所指向的无符号整型中%%字符C宽字符（XSI扩展，等效于lc）S宽字符串（XSI扩展，等效于ls）

格式化输入

    #include<stdio.h>    int scanf(const char *restrict format, ...);    int fscanf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...);    int sscanf(FILE *restrict buf, const char *restrict format, ...);    //若成功则返回指定的输入项数，如输入出错或在任意变换前已经到达文件结尾则返回EOF

format格式转换说明如下：%[*][fldwidth][lenmodifier]convtype

除转换说明和空白字符外，格式字符串中的其他字符必须与输入匹配。若有一个字符不匹配，则停止后续处理，不再读输入的其他部分。

*用于抑制转换。

fldwidth说明最大宽度（即最大字符数）。

lenmodifier说明要用转换结果初始化的参数大小。

转换类型选项如下表。与print族有些类似，但是也有所差别。一个差别是，存储在无符号类型中的结果可在输入时带上符号。例如，-1可被转换成4,294,967,295赋予无符号整型变量。

转换类型说明d有符号十进制，基数为10i有符号十进制，基数由输入格式决定o无符号八进制（输入可选地有符号）u无符号十进制，基数为10（输入可选地有符号）x无符号十六进制（输入可选地有符号）a, A, e, E, f, F, g, G浮点数c字符（若带长度修饰符l，则为宽字符）s字符串（若带长度修饰符l，则为宽字符）[匹配列出的字符序列，以 ] 终止[^匹配列出字符序列以外的所有字符，以 ] 终止p指向void的指针n将到目为止读取的字符数写入到指针所指向的无符号整型中%%字符C宽字符（XSI扩展，等效于lc）S宽字符串（XSI扩展，等效于ls）

7. 定位流

    #include<stdio.h>    long ftell(FILE *fp);                    //成功则返回当前文件位置指示，出错返回-1L    int fseek(FILE *fp, long offset, in whence);                    //成功返回0,出错返回非0值    void rewind(FILE *fp);                    //将一个流设置到文件的起始位置

    #include<stdio.h>    off_t ftello(FILE *fp);                    //成功返回当前文件位置指示，出错则返回-1    int fseeko(FILE *fp, off_t offset, int whence);                    //成功则返回0,出错则返回非0值

除了offset的类型时off_t而非long外，ftello函数和ftell相同，fseeko和fseek相同

    #include<stdio.h>    int fgetpos(FILE *restrict fp, fpos_t *restrict pos);    int fsetpos(FILE *fp, const fpos_t *pos);                    //成功则返回0,出错则返回非0值

这两个函数时ISO C标准引入的。如果程序要移植到非UNIX系统，则可以使用该函数。其中fgetpos将文件位置指示器的的当前值存入到由pos指向的对象中。在以后调用fsetpos时，可以使用此值将流重新定位至该位置。