Linux環(huán)境下C程序設計-第五章-標準IO庫

11L/i2n67ux操作系統(tǒng)11:14第五章標準I/O庫

本章首先介紹Linux下標準流I/O的相關內容；然后介紹標準I/O的操作，包括流的打開和關閉、緩沖區(qū)的操作、直接輸入輸出、格式化輸入輸出、基于字符和行的輸入輸出的操作；最后結合具體的示例，闡述標準I/O的相關操作在具體項目中的應用。本節(jié)學習目標：√流的打開和關閉√緩沖區(qū)的操作√直接輸入輸出√格式化輸入輸出√基于字符和行的輸入輸出22L/i2n67ux操作系統(tǒng)11:14內容提要第五章標準I/O庫5.1標準流的I/O操作5.2流的打開和關閉5.3緩沖區(qū)的操作5.4直接輸入輸出5.5格式化輸入輸出5.6基于字符和行的輸入輸出33L/i2n67ux操作系統(tǒng)11:145.1標準流的I/O操作

Linux系統(tǒng)中基于流的I/O操作也是實現(xiàn)Linux底層文件輸入輸出操作的重要途徑。在介紹基于流的I/O操作之前，先

介紹下“流”的概念，以便加深理解。在Linux系統(tǒng)中“流”被看作是文件和設備被打開后所形成的數(shù)據(jù)流。若要對流操作，需要借助文件指針FILE和標準輸入輸出庫函數(shù)來實現(xiàn)。

本節(jié)介紹的基于流的I/O操作和上節(jié)中介紹的基于文件描述符的I/O操作相似，首先，通過調用庫函數(shù)fopen()打開對應的流，fopen()會返回一個FIFL類型的指針；其次，流被打開后，通過使用打開流時返回的FILE指針，調用庫函數(shù)，執(zhí)行基于流的輸入和輸出操作；最后，當流操作完成后，通過調用庫函數(shù)fclose()將流關閉。44L/i2n67ux操作系統(tǒng)11:145.2流的打開和關閉

本小節(jié)將介紹基于流I/O操作的關鍵一步：流的打開和關閉。在Linux系統(tǒng)編程中要對文件和設備進行打開和關閉操作，首先要打開這個文件和設備對應的流，其次借助打開流時返回的FIFL類型的指針進行操作對應的流，最后關閉流，釋放相關資源。所以如何打開和關閉流，是基于流

I/O操作的關鍵一步。55L/i2n67ux操作系統(tǒng)11:141流的打開函數(shù)

打開一個流就是指建立該流和某個文件或設備間的關聯(lián)關系，這樣對該流的各種操作，就等同于對某個文件或設備的各種操作。

打開流的函數(shù)有三個，系統(tǒng)通過調用它們來完成對文件或設備的操作工作。在Linux系統(tǒng)終端中使用幫助命令“man

fopen”，得到函數(shù)的信息如下：#include

<stdio.h>FILE

*fopen(const

char

*path,

const

char

*mode);FILE

*fdopen(int

fd,

const

char

*mode);FILE

*freopen(const

char

*path,

const

char

*mode,

FILE

*stream);66L/i2n67ux操作系統(tǒng)11:141流的打開函數(shù)

fopen：該函數(shù)的返回類型為FILE類型的文件指針，用于打開一個特定的文件。path參數(shù)是一個字符型指針參數(shù)，表明所要打開的文件名。mode參數(shù)表示流的打開模式，比如r模式代表打開文本文件，只讀不可寫，從文件開頭讀；r+模式代表打開文本文件，可讀可寫，從文件開頭讀寫；w模式代表打開文本文件，可寫不可讀，從文件開頭寫；w+模式代表打開文本文件，可讀可寫，從文件開頭讀寫。mode參數(shù)含義，詳情可以參考“man

fopen”命令，查看具體的說明信息。77L/i2n67ux操作系統(tǒng)11:141流的打開函數(shù)

fdopen：該函數(shù)的返回類型為FILE類型的文件指針，用于將某個打開的特定文件和某個流建立關聯(lián)關系。fd參數(shù)是一個整型參數(shù)，表明所要打開文件的文件描述符。mode參數(shù)表示流的打開模式，和fopen函數(shù)中的mode參數(shù)

含義一樣。88L/i2n67ux操作系統(tǒng)11:141流的打開函數(shù)

freopen：該函數(shù)的返回類型為FILE類型的文件指針，用于在特定的流上打開特定的文件。參數(shù)path和參數(shù)mode的含義，和fopen函數(shù)中的參數(shù)path和參數(shù)mode的含義一樣。stream參數(shù)是一個FILE類型的指針，函數(shù)調用后，

先關閉stream所指向的流，然后用它重新指向path所代表的文件。此函數(shù)可以對標準數(shù)據(jù)流進行重新定向。

函數(shù)成功調用后返回指向所打開流的FILE結構指針，否則調用失敗則返回

NULL。99L/i2n67ux操作系統(tǒng)11:142流的關閉函數(shù)

關閉一個流就是指關閉該流和某個文件或設備間的關聯(lián)關系，這樣就取消了該流和某個文件或設備的操作關系。

關閉流的函數(shù)是fclose，系統(tǒng)通過調用它來完成對文件或設備的取消關系。在Linux系統(tǒng)終端中使用幫助命令“man

fclose”，得到函數(shù)的信息如下：#include

<stdio.h>int

fclose(FILE

*fp);101L0i/n26u7x操作系統(tǒng)11:142流的關閉函數(shù)

該函數(shù)的返回類型為整型，用于關閉一個特定的文件。fp參數(shù)是FILE結構指針，表明所要關閉的文件流。如果程序結束后沒有關閉流，會造成數(shù)據(jù)丟失。函數(shù)成功調用后返回0，否則調用失敗則返回-1。111L1i/n26u7x操作系統(tǒng)11:145.3緩沖區(qū)的操作

本小節(jié)將介紹基于流I/O操作過程中不可或缺的一步：緩沖區(qū)的操作。在Linux系統(tǒng)編程中打開文件或設備對應的流后，需要借助打開流時返回的FIFL類型的指針進行緩沖區(qū)的操作。下面將介紹如何進行緩沖區(qū)的操作。121L2i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141緩沖區(qū)屬性的設置

緩沖區(qū)的屬性包括緩沖區(qū)的類型和緩沖區(qū)的大小，所以緩沖區(qū)屬性的設置包括其類型和大小的設置。一般情況下，調用庫函數(shù)fopen打開一個流后，系統(tǒng)會開辟一個默認類型和默認大小的緩沖區(qū)，但在具體實際應用中，用戶可以根據(jù)自身需要設置緩沖區(qū)的類型和大小。131L3i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141緩沖區(qū)屬性的設置

設置緩沖區(qū)屬性的函數(shù)有多個，系統(tǒng)通過調用它們來完成對緩沖區(qū)屬性的設置。在Linux系統(tǒng)終端中使用幫助命令

“man

setbuf”，得到函數(shù)的信息如下：#include

<stdio.h>void

setbuf(FILE

*stream,

char

*buf);void

setbuffer(FILE

*stream,

char

*buf,

size_t

size);void

setlinebuf(FILE

*stream);int

setvbuf(FILE

*stream,

char

*buf,

int

mode,

size_t

size);141L4i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141緩沖區(qū)屬性的設置

setbuf：該函數(shù)的返回類型為空，用于將緩沖區(qū)設置為全緩沖或無緩沖，可當作緩沖區(qū)的激活開關來使用。stream參數(shù)是FILE結構指針，指向所要設置的流。buf參數(shù)為指向緩沖的指針，當它為空時，系統(tǒng)設定為無緩沖區(qū)；當它非空時，系統(tǒng)設定為全緩沖區(qū)，其大小由預定義常數(shù)

BUFSIZ指定。151L5i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141緩沖區(qū)屬性的設置

setbuffer：該函數(shù)的返回類型為空，用于將緩沖區(qū)設置為全緩沖或無緩沖，使用方法與功能和setbuf函數(shù)類似，其區(qū)別是用戶可以動態(tài)指定緩沖區(qū)的大小，滿足自身需要。

size參數(shù)為用戶設置緩沖區(qū)的大小。

setlinebuf：該函數(shù)的返回類型為空，用于將緩沖區(qū)設置為行緩沖區(qū)。stream參數(shù)是FILE結構指針，指向所要設置的流。161L6i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141緩沖區(qū)屬性的設置

setvbuf：該函數(shù)的返回類型為整型，功能最靈活，可以方便的設置緩沖區(qū)的各個屬性，可以實現(xiàn)前面三個函數(shù)的所

有功能。stream參數(shù)是FILE結構指針，指向所要設置的流。

buf參數(shù)為指向緩沖的指針。mode參數(shù)為緩沖區(qū)的類型，

可為全緩沖類型_IOFBF、行緩沖區(qū)類型_IOLBT、無緩沖區(qū)類型_IONBF。size參數(shù)為用戶設置緩沖區(qū)的大小。171L7i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141緩沖區(qū)屬性的設置

需要注意的是上述四個函數(shù)調用前，都必須先打開對應的流。上述四個函數(shù)中都有緩沖區(qū)buf，在Linux系統(tǒng)中提供了三種標準類型的緩沖區(qū)：全緩沖區(qū)、行緩沖區(qū)和無緩沖區(qū)。全緩沖區(qū)要求只有在填滿整個緩沖區(qū)后才可以進行輸入和輸出的系統(tǒng)調用操作；行緩沖區(qū)是當輸入或輸出過程中遇到換行符時，或者當流在一個終端輸入或輸出時，或者每行的緩沖區(qū)填滿時，都會使用行緩沖區(qū)；無緩沖區(qū)是用標準的輸入或輸出函數(shù)寫若干字符到相關聯(lián)的設備文件中。另外，由于流的各種操作和緩沖區(qū)的屬性是密切關聯(lián)的，所以先改變緩沖區(qū)的屬性，然后對流進行各種操作。上述函數(shù)成功調用后返回0，否則調用失敗則返回-1。181L8i/n26u7x操作系統(tǒng)11:142緩沖區(qū)的保存

緩沖區(qū)的保存是指將緩沖區(qū)中的內容保存到文件中或者將其清除掉。

緩沖區(qū)的保存函數(shù)是fflush，系統(tǒng)通過調用它完成對緩沖區(qū)中內容的保存工作。在Linux系統(tǒng)終端中使用幫助命令

“man

fflush”和“man

fpurge”，得到函數(shù)信息如下：#include

<stdio.h>int

fpurge(FILE

*stream);int

fflush(FILE

*stream);191L9i/n26u7x操作系統(tǒng)11:142緩沖區(qū)的保存

fpurge：該函數(shù)的返回類型為整型，用于將緩沖區(qū)的內容完全清楚。stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要操作的文件流。

fflush：該函數(shù)的返回類型為整型，用于將緩沖區(qū)的內容強制保存到文件中。stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要操作的文件流。函數(shù)成功調用后返回0，否則調用失敗則返回EOF。202L0i/n26u7x操作系統(tǒng)11:145.4直接輸入輸出

本小節(jié)將介紹基于流I/O操作的直接輸入輸出操作。在Linux系統(tǒng)編程中，直接輸入輸出操作是以記錄為單位進行讀寫的操作。下面將介紹如何進行直接輸入輸出操作。212L1i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141直接輸入輸出函數(shù)

直接輸入輸出操作的函數(shù)是fread和fwrite，系統(tǒng)通過調用它來完成對緩沖區(qū)中內容的保存工作。在Linux系統(tǒng)終端

中使用幫助命令“man

fread”，得到函數(shù)的信息如下：#include

<stdio.h>size_t

fread(void

*ptr,

size_t

size,

size_t

nmemb,

FILE*stream);

size_t

fwrite(const

void

*ptr,

size_t

size,

size_tnmemb,FILE

*stream);222L2i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141直接輸入輸出函數(shù)

fread：該函數(shù)的返回類型為整型，用于直接執(zhí)行輸出操作。ptr參數(shù)是指向緩沖區(qū)的指針，緩沖區(qū)存放從文件流讀取的數(shù)據(jù)。size參數(shù)是整型類型，存放所要讀取記錄的大小。nmemb參數(shù)是整型類型，存放所要讀取記錄的個數(shù)。

stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要讀取的文件流。

fread函數(shù)調用成功后返回實際讀取的記錄數(shù)目，否則調

用失敗返回0。232L3i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141直接輸入輸出函數(shù)

fwrite：該函數(shù)的返回類型為整型，用于直接執(zhí)行輸入操作。ptr參數(shù)是指向緩沖區(qū)的指針，緩沖區(qū)存放要寫入文件流的數(shù)據(jù)。size參數(shù)是整型類型，存放所要寫入記錄的大小。nmemb參數(shù)是整型類型，存放所要寫入記錄的個數(shù)。

stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要寫入的文件流。

fwrite函數(shù)調用成功后返回實際寫入的記錄數(shù)目，否則調用失敗返回0。242L4i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141直接輸入輸出函數(shù)

fread函數(shù)和fwrite函數(shù)調用失敗后，系統(tǒng)的文件錯誤標志和結束標志會被置為相應的標志位值，經(jīng)庫函數(shù)feof和ferror檢測這些標志位值，可發(fā)現(xiàn)這些錯誤，便于系統(tǒng)修復。在Linux系統(tǒng)終端中使用幫助命令“man

fread”，得到函數(shù)的信息如下：檢測文件錯誤標志和文件結束標志的庫函數(shù)feof和ferror，252L5i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141直接輸入輸出函數(shù)

fread函數(shù)和fwrite函數(shù)調用失敗后，系統(tǒng)的文件錯誤標志和結束標志會被置為相應的標志位值，經(jīng)庫函數(shù)feof和ferror檢測這些標志位值，可發(fā)現(xiàn)這些錯誤，便于系統(tǒng)修復。在Linux系統(tǒng)終端中使用幫助命令“man

fread”，得到函數(shù)的信息如下：檢測文件錯誤標志和文件結束標志的庫函數(shù)feof和ferror，#include

<stdio.h>void

clearerr(FILE

*stream);int

feof(FILE

*stream);int

ferror(FILE

*stream);int

fileno(FILE

*stream);262L6i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141直接輸入輸出函數(shù)

clearerr：該函數(shù)的返回類型為空，用于對文件錯誤標志和結束標志位清零。stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要操作的文件流。

feof：該函數(shù)的返回類型為整型，用于檢測是否讀取到文件的末尾。stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要讀取的文件流。若訪問到文件末尾，則返回值為1；否則返回值為0。272L7i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141直接輸入輸出函數(shù)

ferror：該函數(shù)的返回類型為整型，用于檢測是否出現(xiàn)了讀寫錯誤。stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要讀寫的文件流。若訪問正常結束，則返回值為0；否則返回值為非0。

fileno：該函數(shù)的返回類型為整型，用于檢測參數(shù)stream是否有效。stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要操作的文件流。若檢測參數(shù)stream有效，則返回值為它的文件描述符；否則返回值為-1。282L8i/n26u7x操作系統(tǒng)11:142綜合示例

在本節(jié)最后，通過利用直接輸入輸出函數(shù)進行系統(tǒng)調用，來演示直接輸入輸出讀寫操作文件，加強對基于文件流的I/O操作的理解。如范例5-1所示。例5-1

my_fread_fwrite.c/****my_fread_fwrite.c***/在VIM編輯器中具體闡述代碼在eclipse集成開發(fā)環(huán)境IDE中編譯、調試、運行代碼292L9i/n26u7x操作系統(tǒng)11:14303L0i/n26u7x操作系統(tǒng)11:145.5格式化輸入輸出

本小節(jié)將介紹基于流I/O操作的格式化輸入輸出操作。在

Linux系統(tǒng)編程中，格式化輸入輸出操作便于數(shù)據(jù)規(guī)范化和標準化。下面將介紹如何進行格式化的輸入輸出操作。313L1i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141格式化輸入函數(shù)

格式化輸入是指將數(shù)據(jù)標準化和規(guī)范化后輸入到指定的內存中。

格式化輸入函數(shù)有三個，系統(tǒng)通過調用它們來完成數(shù)據(jù)的格式化輸入工作。在Linux系統(tǒng)終端中使用幫助命令

“man

scanf”，得到函數(shù)的信息如下：#include

<stdio.h>int

scanf(const

char

*format,

...);int

fscanf(FILE

*stream,

const

char

*format,

...);int

sscanf(const

char

*str,

const

char

*format,

...);323L2i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141格式化輸入函數(shù)

scanf：該函數(shù)的返回類型為整型，用于從標準輸入流中輸入數(shù)據(jù)。format參數(shù)是字符串指針，表明所要描述的輸入格式。

fscanf：該函數(shù)的返回類型為整型，用于從指定的流中輸入數(shù)據(jù)。stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要輸入的文件流。format參數(shù)的含義同scanf函數(shù)中的一樣。

sscanf：該函數(shù)的返回類型為整型，用于從指定的字符串中輸入數(shù)據(jù)。str參數(shù)是字符串指針，表明所要輸入的緩沖區(qū)。format參數(shù)的含義同scanf函數(shù)中的一樣。

函數(shù)成功調用后返回實際輸入的字符數(shù)，否則調用失敗則返回EOF。333L3i/n26u7x操作系統(tǒng)11:142格式化輸出函數(shù)

格式化輸出是指將數(shù)據(jù)標準化和規(guī)范化后輸出到指定的內存中。

格式化輸出函數(shù)有四個，系統(tǒng)通過調用它們來完成數(shù)據(jù)的格式化輸出工作。在Linux系統(tǒng)終端中使用幫助命令

“man

3

printf”，得到函數(shù)的信息如下：#include

<stdio.h>int

printf(const

char

*format,

...);int

fprintf(FILE

*stream,

const

char

*format,

...);int

sprintf(char

*str,

const

char

*format,

...);int

snprintf(char

*str,

size_t

size,

const

char

*format,

...);343L4i/n26u7x操作系統(tǒng)11:142格式化輸出函數(shù)

printf：該函數(shù)的返回類型為整型，用于向標準輸出流中輸出數(shù)據(jù)。format參數(shù)是字符串指針，表明所要描述的輸出

格式。

fprintf：該函數(shù)的返回類型為整型，用于向指定的流中輸出數(shù)據(jù)。stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要輸出的文件流。format參數(shù)的含義同printf函數(shù)中的一樣。

sprintf：該函數(shù)的返回類型為整型，用于向指定的字符串中輸出數(shù)據(jù)。str參數(shù)是字符串指針，表明所要輸出的緩沖區(qū)。format參數(shù)的含義同printf函數(shù)中的一樣。353L5i/n26u7x操作系統(tǒng)11:142格式化輸出函數(shù)

snprintf：該函數(shù)的返回類型為整型，用于向指定的字符串中輸出數(shù)據(jù)。str參數(shù)和format參數(shù)的含義同sprintf函數(shù)中的一樣。size參數(shù)是要設置的緩沖區(qū)的大小。snprintf可以對緩沖區(qū)進行處理，而sprintf函數(shù)不能。

函數(shù)成功調用后返回輸出的字節(jié)數(shù)，否則調用失敗則返回負數(shù)。363L6i/n26u7x操作系統(tǒng)11:143綜合示例

在本節(jié)最后，通過利用格式化輸入輸出函數(shù)進行系統(tǒng)調用，來演示格式化輸入輸出讀寫操作文件，加強對基于文件流的I/O操作的理解。如范例5-2所示。例5-2

my_

fscanf_fprintf.c/****my_fscanf_fprintf.c***/在VIM編輯器中具體闡述代碼在eclipse集成開發(fā)環(huán)境IDE中編譯、調試、運行代碼373L7i/n26u7x操作系統(tǒng)11:145.6基于字符和行的輸入輸出

本小節(jié)將介紹基于字符和行的輸入輸出操作。在Linux系統(tǒng)編程中，字符和行輸入輸出操作應用便利和廣泛。下面將介紹如何進行基于字符和行的輸入輸出操作。383L8i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141字符的輸入輸出函數(shù)

字符的輸入輸出函數(shù)有多個，系統(tǒng)通過調用它們來完成字符的輸入輸出工作。在Linux系統(tǒng)終端中使用幫助命令

“man

getc”和“man

putc”，得到函數(shù)的信息如下：#include

<stdio.h>int

fgetc(FILE

*stream);int

getc(FILE

*stream);int

getchar(void);int

ungetc(int

c,

FILE

*stream);int

fputc(int

c,

FILE

*stream);int

putc(int

c,

FILE

*stream);int

putchar(int

c);393L9i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141字符的輸入輸出函數(shù)

fgetc，getc：這兩函數(shù)的返回類型為整型，用于向stream指定的流中讀入數(shù)據(jù)，執(zhí)行字符的輸入操作。stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要讀入的流。其區(qū)別是getc函數(shù)可當作宏來使用，而fgetc只能作為函數(shù)使用。

getchar：該函數(shù)的功能和fgetc，getc函數(shù)類似，其區(qū)別是getchar函數(shù)只能用來從標準輸入流中輸入數(shù)據(jù)，相當于getc函數(shù)以stdin為參數(shù)進行調用時的功能。

ungetc：該函數(shù)的返回類型為整型，用于將讀入的字符推回流中。c參數(shù)表示要推回的字符。stream參數(shù)是FILE結構指針，表明所要操作的流。404L0i/n26u7x操作系統(tǒng)11:141字符的輸入輸出函數(shù)

fputc，putc，putchar：執(zhí)行字符輸出操作的函數(shù)fputc，putc，putchar之間的關系同執(zhí)行字符輸入操作的函數(shù)

fgetc，getc，getchar類似。putc函數(shù)作為宏來使用，

fputc只能作為函數(shù)來使用。putchar函數(shù)只能用來向標準輸出流中輸出數(shù)據(jù)，相當于putc函數(shù)以stdout為參數(shù)進行調用時的功能。

fgetc，getc，getchar函數(shù)成功調用后返回輸入的字節(jié)數(shù)，否則調用失敗則返回EOF。

ungetc函數(shù)成功調用后返推入的字節(jié)數(shù)，否則調用失敗則返回EOF。

fputc，putc，putchar函數(shù)成功調用后返回輸出的字節(jié)數(shù)，否則調用失敗則返回EOF。414L1i/n26u7x操作系統(tǒng)11:142行的輸入輸出函數(shù)

行的輸入輸出函數(shù)有多個，系統(tǒng)通過調用它們來完成行的輸入輸出工作。在