Linux编程学习笔记 | Linux IO学习[2] - 标准IO

摘要：在上一篇编程学习笔记学习文件中，我总结了下的文件。同文件类似，在程序启动时也有个默认的文件流标准流变量或宏说明标准输入标准输出标准错误输出标准基本操作标准的函数相对文件来说要多很多，我这里主要介绍个标准函数。

在上一篇Linux编程学习笔记 | Linux IO学习[1] - 文件IO中，我总结了Linux下的文件IO。文件IO是偏底层的IO操作，在平时的日常工作中，使用文件IO的频率还是比较低的。我们每天使用的 printf() 就不是文件IO，而是另一类IO - 标准IO。在这篇文章中，我将介绍Linux下的标准IO并通过实例来说明如何使用它们。

要使用标准IO库，需要包含头文件 。该库为用户创建了一个连接底层系统调用的通用接口，它是ANSI C标准制定的库，因此具有可移植性（文件IO是基于Unix的POSIX标准，不可移植到Windows）。同文件IO类似，它需要先打开一个文件以建立一个访问途径，文件IO的访问途径是通过文件描述符，标准IO的访问途径是流（stream），它被实现为指向结构FILE的指针。

同文件IO类似，在程序启动时也有3个默认的文件流：

标准IO的函数相对文件IO来说要多很多，我这里主要介绍13个标准IO函数。

fopen() 和文件IO中的 open() 类似，用于打开文件流，函数说明如下：

FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict mode);

args:
    const char *restrict pathname: 文件的路径
    const char *restrict mode    : 文件打开的模式
                                    
return:
    返回指向文件的指针，指针不为NULL是成功，指针为NULL是失败

文件打开的模式有以下6种：

1. "r" or "rb"            : 以只读形式打开文(文件必须存在)
2. "w" or "wb"            : 以写方式打开文件并将文件长度截为0或创建一个供写的文件 
3. "a" or "ab"            : 以写方式打开文件并将内容写到文件末或创建一个文件
4. "r+" or "rb+" or "r+b" : 以更新的方式(读/写)打开文件(文件必须存在)
5. "w+" or "wb+" or "w+b" : 以更新的方式(读/写)打开文件并将文件长度截为0或创建一个文件
6. "a+" or "ab+" or "a+b" : 以更新的方式(读/写)打开文件并将更新内容写到文件末或创建一个文件

fopen() 和 open() 不同， fopen() 并不能在创建文件时改变其访问权限。

fclose() 和文件IO中的 close() 类似，用于关闭文件流，函数说明如下：

int fclose(FILE *stream);

args:
    FILE *stream: 指向被关闭文件的指针 

return:
    关闭文件成功返回0，关闭文件失败返回而EOF

我们来看第一个例子，文件的打开和关闭：

#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE *fp;

    //fp = fopen("stdio.log", "r+");
    fp = fopen("stdio.log", "w+");
    if (fp == NULL) {
        printf("File create fail...
");
        return -1; 
    } else {
        printf("File create success...
");
    }
    
    fclose(fp);   

    return 0; 
}

运行结果:
新建一个叫 stdio.log 的文件，并输出
File create success...
如果我们注释掉第8行，去掉第7行的注释，那么将输出
File create fail... 。

fseek() 和文件IO中的 lseek() 类似，用于修改文件流读写的偏移量，函数说明如下：

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

args:
    FILE *stream: 指向文件的文件指针
    long offset : 偏移量移动的距离
    int whence  : 偏移量的基址
                    - SEEK_SET 文件开始处
                    - SEEK_CUR 文件当前位置
                    - SEEK_END 文件结束处

return:
    修改偏移量成功返回0, 修改偏移量失败返回-1

当 whence 是 SEEK_CUR 或 SEEK_END 时， offset 可正负。

fwrite()

fwrite() 和文件IO中的 write() 类似，函数说明如下：

size_t fwrite(const void *restrict ptr, size_t size, size_t nitems, FILE *restrict stream);

args:
    const void *restrict ptr: 写入数据在内存空间存储的地址
    size_t size             : 单个元素的大小
    size_t nitems           : 写入数据元素的个数
    FILE *restrict stream   : 指向写入文件的文件指针 

return:
    实际写入的元素个数，非负整数是成功，-1是失败

fputs()

fputs() 将字符串(不包括 `` )写入文件，函数说明如下：

int fputs(const char *restrict s, FILE *restrict stream);

args:
    const char *restrict s: 写入的字符串
    FILE *restrict stream : 指向写入文件的文件指针  

return:
    写入文件的状态，非负整数是成功，EOF是失败

puts()

puts() 将字符串(不包括 `` )写入 stdout ,并在行末添加一个换行符，函数说明如下：

int puts(const char *s);

args:
    const char *s: 写入的字符串

return:
    写出到stdio的状态，非负整数是成功，EOF是失败

fputc()

fputc() 将一个字符写入文件，函数说明如下：

int fputc(int c, FILE *stream);

args:
    int char    : 要写入的字符
    FILE *stream: 指向写入文件的文件指针 

return:
    如果没有错误，返回写入的字符，否则返回EOF

putc()

putc() 和 fputc() 基本一样，只不过 putc() 是用宏实现而 fputc 是用函数实现。

int putc(int c, FILE *stream);

args:
    int c       : 要写入的字符
    FILE *stream: 指向写入文件的文件指针 

return:
    如果没有错误，返回写入的字符，否则返回EOF

我们通过例子来看看上面这几个函数的使用方法：

#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE *fp;

    fp = fopen("stdio.log", "w+");
    if (fp == NULL) {
        printf("File create fail...
");
        return -1; 
    } else {
        printf("File create success...
");
    }
    
    /* fwrite() function */ 
    char buffer_1[] = "This is fwrite DEMO..."; 
    size_t wr_size = 0; 
    wr_size = fwrite(buffer_1, 1, sizeof(buffer_1), fp); 
    printf("wr_size = %d
", wr_size); 

    /* fputs() function */ 
    char buffer_2[] = "
This is fputs DEMO...
"; 
    int fputs_status = 0; 
    fputs_status = fputs(buffer_2, fp); 
    printf("fputs_status = %d
", wr_size); 
    
    /* puts function */
    char buffer_3[] = "This is puts DEMO..."; 
    puts(buffer_3);

    /* fputc function */
    char buffer_4[] = "This is fputc DEMO...
";
    int ret;
    for (int i = 0; i < sizeof(buffer_4); i++) {
        ret = fputc(buffer_4[i], fp);
        printf("%c", ret);
    }

    /* putc function */
    char buffer_5[] = "This is putc DEMO...
";
    for (int i = 0; i < sizeof(buffer_5); i++) {
        ret = fputc(buffer_5[i], fp);
        printf("%c", ret);
    }
    
    fclose(fp);   

    return 0; 
}

运行结果：
在生成的 std_io.log 文件中会输出以下内容，其中 @^ 就是 ``

This is fwrite DEMO...^@
This is fputs DEMO...
This is fputc DEMO...
^@This is putc DEMO...
^@

注意 fputs 函数并没有输出 `` 。在终端会输出：

File create success...
wr_size = 23
fputs_status = 23
This is puts DEMO...
This is fputc DEMO...
This is putc DEMO...

puts 函数直接将字符串输出到 stdio 。

fread()

fread() 和文件IO中的 read() 类似，函数说明如下：

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

args:
    void *ptr   : 读取数据存储的内存空间的地址  
    size_t size : 单个元素的大小
    size_t nmemb: 读取数据元素的个数
    FILE *stream: 指向读取文件的文件指针

return:
    实际读取的元素个数，非负整数是成功，-1是失败

fgets()

fgets() 用于读取文件中的字符串，然后将其存储到内存空间，函数说明如下：

char *fgets(char *restrict s, int n, FILE *restrict stream);

args:
    char *restrict s     : 读取后字符串存储的内存空间地址 
    int n                : 最大读取字符数
    FILE *restrict stream: 指向读取文件的文件指针

return:
    如果读取没有错误且没有读入EOF，返回写入的字符串
    如果读取没有错误但读入EOF，返回NULL指针
    如果读取出现错误，返回NULL指针

这里需要注意下该函数将在何时停止读取:
如果读取的字符数量达到 n - 1 ，或读取了换行符，或读取了字符串结束符，只要有一个满足则该函数会停止继续读取。

gets()

gets() 从 stdin 中读取字符串并存放在内存中，函数说明如下：

char *gets(char *s);

args:
    char *s: 读取后字符串存储的内存空间地址  

return:
    如果读取没有错误且没有读入EOF，返回读取的字符串
    如果读取没有错误但读入EOF，返回NULL指针
    如果读取出现错误，返回NULL指针

读取操作将在读入换行符或EOF后结束。

fgetc()

fgetc() 从一个文件读取一个字符，函数说明如下：

int fgetc(FILE *stream);

args:
    FILE *stream: 指向读取文件的文件指针 

return:
    如果读取没有错误且没有读入EOF，返回读取的字符
    如果读取没有错误但读入EOF，返回EOF
    如果读取出现错误，返回EOF

getc()

getc() 和 fgetc() 基本一样，只不过 getc() 是用宏实现而 fgetc() 是用函数实现。

int getc(FILE *stream);

args:
    FILE *stream: 指向读取文件的文件指针 

return:
    如果读取没有错误且没有读入EOF，返回读取的字符
    如果读取没有错误但读入EOF，返回EOF
    如果读取出现错误，返回EOF

说完了读操作的函数，我们也通过一个例子来看看如何使用这些函数：

#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE *fp;
    
    fp = fopen("stdio.log", "r+");
    if (fp == NULL) {
        printf("File open fail...
");
        return -1; 
    } else {
        printf("File open success...
");
    }
    
    /* fread() function */ 
    char buffer_1[50]; 
    size_t rd_size = 0; 
    rd_size = fread(buffer_1, 1, 24, fp); 
    printf("rd_size = %d
", rd_size); 
    printf("fread get: %s
", buffer_1);

    /* fgets() function */ 
    char buffer_2[50];
    char *fgets_status; 
    fgets_status = fgets(buffer_2, 23, fp); 
    printf("fgets_status = %s", fgets_status); 
    printf("fgets get: %s", buffer_2);
    
    /* gets function */
    char buffer_3[50];
    gets(buffer_3);
    printf("gets get: %s", buffer_3);

    /* fgetc function */
    int ret;
    while ((ret = fgetc(fp)) != EOF)
       printf("%c", ret);

    fclose(fp);   

    return 0; 
}

在编译过程中，编译器会警告:

warning: implicit declaration of function ‘gets’ [-Wimplicit-function-declaration]
     gets(buffer_3);
     ^~~~
/tmp/cc3YWk3i.o: In function `main":
fread_get.c:(.text+0x11d): warning: the `gets" function is dangerous and should not be used.

因为 gets() 函数过于危险，在C11中的 已经不再包含 gets() 函数，因此会出现这个警告。
运行结果：
要读取的文件是之前写函数生成的 stdio.log 文件，终端输出如下。

File open success...
rd_size = 24
fread get: This is fwrite DEMO...
fgets_status = This is fputs DEMO...
fgets get: This is fputs DEMO...
test
gets get: testThis is fputc DEMO...
This is putc DEMO...

这篇文章主要介绍了如何使用几个基本的标准IO函数对文件进行操作，相对于文件IO而言，标准IO使用更方便，并且支持跨平台使用。同时在传输大文件时，标准IO也不比文件IO慢。文中出现的代码都可在我的github上找到。

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