本文主要是介绍APUE读书笔记-第五章 标准I/O库，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
今天草草的把第四章结了，后面的内容分析的也不是很详细，就连书中的例子都没有怎么实验，还是等以后有机会吧。
从5.3节开始研究起吧，这一节主要谈了一个进程预定义的3个流，分别是标准输入、标准输出和标准错误，通过stdin、stdout、stderr引用。这里要和进程中的文件描述符STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO相区分。
/* Standard streams. */
extern struct _IO_FILE *stdin; /* Standard input stream. */
extern struct _IO_FILE *stdout; /* Standard output stream. */
extern struct _IO_FILE *stderr; /* Standard error output stream. */
/* C89/C99 say they're macros. Make them happy. */ //这一句最有意思，让他们乐吧
#define stdin stdin
#define stdout stdout
#define stderr stderr标准I/O提供以下3种缓冲：
- 全缓冲。在这种情况下，在填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作。
- 行缓冲。在这种情况下，当在输入和输出遇到换行符时，标准I/O库执行I/O操作。行缓冲允许一次输出一个字符（用标准I/O函数fputc），但只有在写了一行之后才进行实际I/O操作。当流涉及一个终端时（如标准输入和标准输出），通常使用行缓冲。对于行缓冲又存在两个限制。第一，因为标准I/O库用来收集每一行的缓冲区的长度是固定的，所以只有填满缓冲区，那么即使还没有写一个换行符，也进行I/O操作。第二，任何时候只要通过标准I/O库要求从（a）一个不带缓冲的流，或者（b）一个行缓冲的流（它从内核请求需要数据）得到输入数据，那么就会冲洗所有行缓冲输入流。此处冲洗是指将缓冲区中的数据写入内核中。在（b）中带了一个在括号中的说明，其理由是，所需的数据可能已在该缓冲区中，它并不要求一定从内核读数据。很明显，从一个不带缓冲的流中输入（即（a）项）需要从内核获得数据。
- 不带缓冲。标准I/O库不对字符进行缓冲存储。
对于上面提到的第二点可通过几个简单的实验进行验证，是通过fputc向标准输出输入数据，具体程序如下：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main(void)
{char msg[] = "Hello world";int i = 0;while (msg[i]){fputc(msg[i], stdout); //将fputc函数改成printf效果相同sleep(1); //写入后程序挂起1si++;}return 0;
}运行结果：程序先不输出，最后统一输出msg，通过这个程序基本验证了行缓冲的特点，没有换行符或写满行缓冲区的情况下，不会执行I/O操作，同时也验证了标准I/O使用行缓冲模式。但这个实验又引出了一个问题那就是进行I/O操作的时机，在以上实验中我既没有输出换行符，同时也没有写满缓冲区，暂且现把这个疑问记下，学了后面的知识也许就能解答了。
标准I/O缓冲还具有以下惯例：
- 标准错误是不带缓冲的。
- 若是指向终端设备的流，则是行缓冲的；否则是全缓冲的。
可通过以下函数更改缓冲类型。
#include <stdio.h>
extern void setbuf (FILE *__restrict __stream, char *__restrict __buf) __THROW;
extern int setvbuf (FILE *__restrict __stream, char *__restrict __buf,int __modes, size_t __n) __THROW;
以上函数须在流已被打开后使用。同时应在对该流执行任何一个其他操作之前调用。
setvbuf的功能比较明确，使用modes参数可以设定缓冲模式：
#include <stdio.h>
#define _IOFBF 0 /* Fully buffered. */
#define _IOLBF 1 /* Line buffered. */
#define _IONBF 2 /* No buffering. */强制冲洗一个流。
#include <stdio.h>
extern int fflush (FILE *__stream); 5.5打开流
extern FILE *fopen (const char *__restrict __filename,const char *__restrict __modes) __wur;
extern FILE *freopen (const char *__restrict __filename,const char *__restrict __modes,FILE *__restrict __stream) __wur;
extern FILE *fdopen (int __fd, const char *__modes) __THROW __wur;
上述三个函数的区别如下：
- fopen函数打开路径名为pathname的一个指定的文件。
- freopen函数在一个指定的流上打开一个指定的文件，如若该流已经打开，则先关闭该流。若该流已经定向，则使用freopen清除该定向。此函数一般用于将一个指定的文件打开为一个预定义的流：标准输入、标准输出或标准错误。
- fdopen函数取一个已有的文件描述符（可通过open函数获得此文件描述符），并使一个标准的I/O流与该描述符相结合。此函数常用于由创建管道和网络通信通道函数返回的描述符。因为这些特殊类型的文件不能用标准I/O函数fopen打开，所以我们必须先调用设备专用函数以获得一个文件描述符，然后用fopen使一个标准I/O流与该描述符相结合。
ISO规定type参数可以有15种不同的值。
- r或rb：为读而打开。但文件必须已经存在。（O_RDONLY）
- w或wb：把文件截断至0长，或为写而创建。文件之前的内容会被删除。（O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC）
- a或ab：追加；为在文件尾写而打开，或为写而打开。（O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND）
- r+或r+b或rb+：为读和写而打开。流只可在尾端处写。（O_RDWR）
- w+或w+b或wb+：把文件截断至0长，或为读和写而打开。（O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC）
- a+或a+b或ab+：为在文件尾读和写而打开或创建。（O_RDWR|O_CREAT|O_APPEND）
有关于type解释请见：http://www.cnblogs.com/emanlee/p/4418163.html
由于内核不区分文本文件和二进制文件。所以b作为type的一部分实际上并无作用。
对于fdopen函数，若描述符已被打开，则fdopen为写而打开并不截断该文件。另外，标准I/O追加写方式（a或a+）也不能用于创建该文件（因为如果一个描述符引用一个文件，则该文件一定已经存在）。
在使用w或a类型创建一个新文件时，POSIX.1要求使用如下权限来创建文件：
S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IWGRP|S_IROTH|S_IWOTH按照系统默认，流打开时是全缓冲的。若流引用终端设备，则该设备是行缓冲的。
调用fclose可关闭一个打开的流。
#include <stdio.h>
extern int fclose (FILE *__stream);当一个进程正常终止时（直接调用exit函数，或从main函数返回），则所有带未写缓冲数据的标准I/O流都被冲洗，所有打开的标准I/O流都被关闭。这也解释了我们之前留下的疑问，缓冲区中数据冲洗的时机——进程正常终止时，根据我们之前学习到的知识，应该是在main函数开始之前注册了某个析构函数，这个析构函数的功能就是冲洗缓冲区。
5.6 读和写流
标准I/O提供三种方式进行非格式化读、写操作。
- 每次一个字符的I/O。
- 每次一行的I/O。每行都以一个换行符终止。
- 直接I/O。
每次一个字符的I/O。由于标准I/O采用行缓冲模式，所以只有出现换行符或写满一行的情况下才会冲洗缓冲区，此时数据已经写入缓冲区中。输入函数如下：
#include <stdio.h>
extern int fgetc (FILE *__stream);
extern int getc (FILE *__stream);
extern int getchar (void); 函数getchar()等同于getc(stdin)
#include <stdio.h>
#define getc(_fp) _IO_getc (_fp)EOF的定义为
#include <stdio.h>
#ifndef EOF
# define EOF (-1)
#endif#include <stdio.h>
extern int feof (FILE *__stream) __THROW __wur; //若以达到文件尾端，则返回非0，否则返回0
extern int ferror (FILE *__stream) __THROW __wur; //若输入出错，则返回非0，否则返回0
为每个流在FILE对象中维护了两个标志。
- 出错标志。
- 文件结束标志。
由于feof仅检查文件结束标志位是否被置位，文件结束标志是由当前时间之前的最后一次相关操作（包括读、seek等操作）设置的。因此在fgets函数前调用feof还无法判断文件流是否到达尾部。有关于这个问题的解决方法请见：http://book.51cto.com/art/201311/419432.htm
调用clearerr可以清除这两个标志。
#include <stdio.h>
extern void clearerr (FILE *__stream) __THROW;从流中读取数据后，可以调用ungetc将字符再压送回流中。
#include <stdio.h>
extern int ungetc (int __c, FILE *__stream);#include <stdio.h>
extern int fputc (int __c, FILE *__stream);
extern int putc (int __c, FILE *__stream);
#define putc(_ch, _fp) _IO_putc (_ch, _fp)
extern int putchar (int __c);
5.7 每次一行I/O
5.6节主要分析每次一个字符的I/O，5.7节则介绍每次一行的I/O。
先来看输入函数：
#include <stdio.h>
extern char *fgets (char *__restrict __s, int __n, FILE *__restrict __stream) //从指定流读__wur;
extern char *gets (char *__s) __wur __attribute_deprecated__; //从标准输入读
由于是标准I/O，所以一直读到下一个换行符为止，但不会超过n-1个字符。该缓冲区以null字节结尾。如若该行包括最后一个换行符的字符数超过n-1，则fgets只返回一个不完整的行，但是，缓冲区总是以null字节结尾。对fgets的下一次调用会继续读该行。
先来看看对fgets的下一次调用会继续读改行这一点，通过一个验证一下。源码如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{FILE* fp;char* buf1 = (char*)malloc(4*sizeof(char));char* buf2 = (char*)malloc(7*sizeof(char));fp = fopen("./temp","r");fgets(buf1,4,fp);printf("%s\n",buf1);fgets(buf2,7,fp); printf("%s\n",buf2);free(buf1);free(buf2);return 0;
}temp文件中的内容还是我们熟悉的“hello world”
运行结果如下：
hel
lo wor
根据我们之前学到的知识，fgets在没有读到换行符的情况下，会读取n-1个字符，buf1的长度为4，所以会读取三个字符，也就是“hel”，输出第一行也印证了这一知识点。
由于标准I/O使用行缓冲模式，根据实验的结果，我猜测fgets会一次性读取一定长度的数据填充到缓冲区中，每次调用fgets函数会从缓冲区中读取n-1个字符，直到数据被读取完。但如果数据中包含有换行符，则执行I/O操作，此处就是输出到屏幕。
由于缓冲区中的数据没有被全部读取，因此fgets会继续读该行。输出的第二行也验证了这一点。
或者不从源码的角度理解，仅从功能角度理解函数的特点，fgets一次就是读取一行，如果这其中包含有换行符，实际上就意味着数据不是一行而是两行。读取一行数据后，fgets将n-1个字符复制到用户缓冲区中，知道缓冲区中的数据被全部读取完。根据以上描述，我们自己都可以实现一个简单的fgets函数。函数的执行流程如下：
- 判断当前位置指针是否为0，若为0则直接跳转到4执行，否则顺序执行。
- 读取数据，若遇到"\n"则跳出循环，否则一直读取直到缓冲区满。
- 首先设置当前位置指针指向缓冲区的头部。
- 计算复制的字符数，若缓冲区中包含有足够的数据则复制用户指定字节数的数据，否则复制缓冲区中实际含有的数据。
- 将用户缓冲区的最后一位置为"\0"。
- 更新当前位置指针。
fgets函数的源码在此就不详细分析了，争取对fread的源码进行一个简单的分析。
输出函数，每次一行。
#include <stdio.h>
extern int fputs (const char *__restrict __s, FILE *__restrict __stream);
extern int puts (const char *__s);
puts输出后还会将一个换行符写到标准输出。
5.9二进制I/O
二进制I/O的功能主要就是读入或写入任意类型、任意字节的数据，其中的两个参数与MPI接口中包含的参数相类似。
函数原型类型：
#include <stdio.h>
extern size_t fread (void *__restrict __ptr, size_t __size,size_t __n, FILE *__restrict __stream) __wur;
extern size_t fwrite (const void *__restrict __ptr, size_t __size,size_t __n, FILE *__restrict __s);5.12 实现细节
通过以下函数可以获得文件流指针对应的文件描述符。
#include <stdio.h>
extern int fileno (FILE *__stream) __THROW __wur;有关于FILE结构的定义如下，位于libio.h中
struct _IO_FILE {int _flags; /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */
#define _IO_file_flags _flags/* The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. *//* Note: Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */char* _IO_read_ptr; /* Current read pointer */char* _IO_read_end; /* End of get area. */char* _IO_read_base; /* Start of putback+get area. */char* _IO_write_base; /* Start of put area. */char* _IO_write_ptr; /* Current put pointer. */char* _IO_write_end; /* End of put area. */char* _IO_buf_base; /* Start of reserve area. */char* _IO_buf_end; /* End of reserve area. *//* The following fields are used to support backing up and undo. */char *_IO_save_base; /* Pointer to start of non-current get area. */char *_IO_backup_base; /* Pointer to first valid character of backup area */char *_IO_save_end; /* Pointer to end of non-current get area. */struct _IO_marker *_markers;struct _IO_FILE *_chain;int _fileno;
#if 0int _blksize;
#elseint _flags2;
#endif_IO_off_t _old_offset; /* This used to be _offset but it's too small. */#define __HAVE_COLUMN /* temporary *//* 1+column number of pbase(); 0 is unknown. */unsigned short _cur_column;signed char _vtable_offset;char _shortbuf[1];/* char* _save_gptr; char* _save_egptr; */_IO_lock_t *_lock;
#ifdef _IO_USE_OLD_IO_FILE
};有关于临时文件与内存流的内容，现在就先不跟大家分享了，以后遇到的时候在详细研究吧。
关于书后习题第6题给大家分享一点我的见解
题目如下：打印的提示信息没有包含换行符，程序也没有调用fflush函数，请解释输出提示信息的原因是什么？
题目中给出了两点条件，逐条来分析。
“打印的提示信息没有包含换行符”，由于标准I/O使用行缓冲模式，所以没有换行符则不执行I/O操作。此处就是不输出提示信息。
“程序也没有调用fflush函数”，fflush函数的功能就是将流所有未写的数据都传送至内核。作为一种特殊情形，如若fp为NULL，则此函数将导致所有输出流被清洗。此处就是不输出提示信息。
以上两点的结果都是不输出提示信息，那么是什么原因导致提示信息的输出？
这是基于行缓冲的特点：从一个行缓冲的流得到输入数据，输出流就会被自动冲洗。此处就是每次调用fgets时标准输出设备将自动冲洗。
关于以上内容我们可以通过几个简单的实验进行验证。首先来看一个永远不会输出的源码：
#include <stdio.h>int main()
{char output[] = "Hello world";printf("%s",output);while(1);return 0;
}调用printf后，程序进入死循环，通过之前的知识可以了解到一个进程正常终止时，所有带未写缓冲数据的标准I/O流都被冲洗。由于此处进程一直未能正常终止，所以信息一直未能输出。
针对第一点做一点调整：
#include <stdio.h>int main()
{char output[] = "Hello world\n";printf("%s",output);while(1);return 0;
}此时程序可以正常输出，或者进行相同的调整：
#include <stdio.h>int main()
{char output[] = "Hello world";printf("%s\n",output);while(1);return 0;
}好了看完第一点，针对第二点作出调整：
#include <stdio.h>int main()
{char output[] = "Hello world";printf("%s",output);fflush(stdout);while(1);return 0;
}最后一种调整方法：
#include <stdio.h>int main()
{char output[] = "Hello world";printf("%s",output);fgetc(stdin);while(1);return 0;
}在标准输出后进行标准输入。
这篇关于APUE读书笔记-第五章 标准I/O库的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
