其實(shí)輸入與輸出對(duì)于不管什么系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是異常重要的，比如設(shè)計(jì) C 接口函數(shù)，首先要設(shè)計(jì)好輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)和返回值，接下來才能開始設(shè)計(jì)具體的實(shí)現(xiàn)過程。C 語言標(biāo)準(zhǔn)庫提供的接口功能很有限，不像 Python 庫。不過想把它用好也不容易，本文總結(jié) C 標(biāo)準(zhǔn)庫基礎(chǔ) IO 的常見操作和一些特別需要注意的問題，如果你覺著自己還不是大神，那么請(qǐng)相信我，讀完全文后你肯定會(huì)有不少收獲。

一、操作句柄

打開文件其實(shí)就是在操作系統(tǒng)中分配一些資源用于保存該文件的狀態(tài)信息及文件的標(biāo)識(shí)，以后用戶程序可以用這個(gè)標(biāo)識(shí)做各種讀寫操作，關(guān)閉文件則釋放占用的資源。

打開文件的函數(shù)：

#include

FILE *fopen(const char *path, const char *mode);

FILE 是 C 標(biāo)準(zhǔn)庫定義的結(jié)構(gòu)體類型，其包含文件在內(nèi)核中的標(biāo)識(shí)(文件描述符)、I／O 緩沖區(qū)和當(dāng)前讀寫位置信息，調(diào)用者不需知道 FILE 的具體成員，由庫函數(shù)內(nèi)部維護(hù)，調(diào)用者不應(yīng)該直接訪問這些成員。像 FILE* 這樣的文件指針稱為句柄(Handle)。

打開文件操作是對(duì)文件資源進(jìn)行操作的，所以有可能打開文件失敗，所以在打開函數(shù)時(shí)一定要判斷返回值，如果失敗則返回錯(cuò)誤信息，以方便快速定位錯(cuò)誤。

打開文件應(yīng)該與關(guān)閉文件成對(duì)存在，雖然程序在退出時(shí)會(huì)釋放相應(yīng)的資源，但是對(duì)于一個(gè)長時(shí)間運(yùn)行服務(wù)程序來說，經(jīng)常打開而不關(guān)閉文件是會(huì)造成進(jìn)程資源耗盡的，因?yàn)檫M(jìn)程的文件描述符個(gè)數(shù)是有限的，及時(shí)關(guān)閉文件是個(gè)好習(xí)慣。

關(guān)閉文件的函數(shù)：

#include

int fclose(FILE *fp);

fopen 函數(shù)參數(shù) mode 總結(jié)：

"r"：只讀，文件必須存在。

"w"：只寫，如果不存在則創(chuàng)建，存在則覆蓋。

"a"：追加，如果不存在則創(chuàng)建。

"r+"：允許讀和寫，文件必須存在。

"w+"：允許讀和寫，文件不存在則創(chuàng)建，存在則覆蓋。

"a+"：允許讀和追加，文件不存在則創(chuàng)建。

二、關(guān)于stdin/stdout/stderr

在用戶程序啟動(dòng)時(shí)，main 函數(shù)還沒開始執(zhí)行之前，會(huì)自動(dòng)打開三個(gè) FILE* 指針分別是：stdin、stdout、stderr，這三個(gè)文件指針是 libc 中定義的全局變量，在 stdio.h 中聲明，printf 向 stdout 寫，而 scanf 從 stdin 讀，用戶程序也可以直接使用這三個(gè)文件指針。

stdin 只用于讀操作，稱為標(biāo)準(zhǔn)輸入

stdout 只用于寫操作，稱為標(biāo)準(zhǔn)輸出

stderr 也用于寫操作，稱為標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出

通常程序的運(yùn)行結(jié)果打印到標(biāo)準(zhǔn)輸出，而錯(cuò)誤提示打印到標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出，一般標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤都是屏幕。通常可以標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向到一個(gè)常規(guī)文件，而標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出仍然對(duì)應(yīng)終端設(shè)備，這樣就可以將運(yùn)行結(jié)果與錯(cuò)誤信息分開。

三、以字節(jié)為單位的IO函數(shù)

fgetc 函數(shù)從指定的文件中讀一個(gè)字節(jié)，getchar從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀一個(gè)字節(jié)，調(diào)用 getchar() 相當(dāng)于 fgetc(stdin)

#include

int fgetc(FILE *stream);

int getchar(void);

fputc 函數(shù)向指定的文件寫入一個(gè)字節(jié)，putchar 向標(biāo)準(zhǔn)輸出寫一個(gè)字節(jié)，調(diào)用 putchar() 相當(dāng)于調(diào)用 fputc(c, stdout)。

#include

int fputc(int c, FILE *stream);

int putchar(int c);

參數(shù)和返回值類型為什么使用 int 類型？可以看到這幾個(gè)函數(shù)的參數(shù)和返回值類型都是 int，而非 unsigned char 型。因?yàn)殄e(cuò)誤或讀到文件末尾時(shí)將返回 EOF，即 -1，如果返回值是 unsigned char(0xff)，與實(shí)際讀到字節(jié) 0xff 無法區(qū)分，如果使用 int 就可以避免這個(gè)問題。

四、操作讀寫位置函數(shù)

當(dāng)我們?cè)诓僮魑募r(shí)，有一個(gè)叫「文件指針」的家伙來記錄當(dāng)前操作的文件位置，比如剛打開文件，調(diào)用了 1 次 fgetc 后，此時(shí)文件指針指向了第 1 個(gè)字節(jié)后邊，注意是以字節(jié)為單位記錄的。

改變文件指針位置的函數(shù)：

#include

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

whence：從何處開始移動(dòng)，取值：SEEK_SET | SEEK_CUR | SEEK_END

offset：移動(dòng)偏移量，取值：可取正 | 負(fù)

void rewind(FILE *stream);

舉幾個(gè)簡單例子：

fseek(fp, 5, SEEK_SET); // 從文件頭向后移動(dòng)5個(gè)字節(jié)

fseek(fp, 6, SEEK_CUR); // 從當(dāng)前位置向后移動(dòng)6個(gè)字節(jié)

fseek(fp, -3, SEEK_END); // 從文件尾向前移動(dòng)3個(gè)字節(jié)

offset 可正可負(fù)，負(fù)值表示向文件開頭的方向移動(dòng)，正值表示向文件尾方向移動(dòng)，如果向前移動(dòng)的字節(jié)數(shù)超過文件開頭則出錯(cuò)返回，如果向后移動(dòng)的字節(jié)數(shù)超過了文件末尾，再次寫入會(huì)增加文件尺寸，文件空洞字節(jié)都是 0

$ echo "5678" > file.txt

fp = fopen("file.txt", "r+");

fseek(fp, 10, SEEK_SET);

fputc('K', fp)

fclose(fp)

// 通過結(jié)果可以看出字母K是從第10個(gè)位置開始寫的

liwei:/tmp$ od -tx1 -tc -Ax file.txt

0000000 35 36 37 38 0a 00 00 00 00 00 4b

5 6 7 8 \n \0 \0 \0 \0 \0 K

rewind(fp) 等價(jià)于 fseek(fp, 0, SEEK_SET)

ftell(fp) 函數(shù)比較簡單，直接返回當(dāng)前文件指針在文件中的位置

// 實(shí)現(xiàn)計(jì)算文件字節(jié)數(shù)的功能

fseek(fp, 0, SEEK_END);

ftell(fp);

五、以字符串為單位的IO函數(shù)

fgets 從指定的文件中讀一行字符到調(diào)用者提供的緩沖區(qū)，讀入內(nèi)容不超過 size 。

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);

char *gets(char *s);

首先要說明 gets() 函數(shù)強(qiáng)烈不推薦使用，類似 strcpy 函數(shù)，用戶不可以指定緩沖區(qū)大小，很容易造成緩沖區(qū)溢出錯(cuò)誤。不過 strcpy 程序員還是可以避免，而 gets 的輸入用戶可以提供任意長的字符串，唯一避免方法就是不使用 gets，而使用 fgets(buf, size, stdin)

fgets 函數(shù)從 stream 所指文件讀取以 '\n' 結(jié)尾的一行，包括 '\n' 在內(nèi)，存到緩沖區(qū)中，并在該行結(jié)尾添加一個(gè) '\0' 組成完整的字符串。如果文件一行太長，fgets 從文件中讀了 size-1 個(gè)字符還沒有讀到 '\n'，就把已經(jīng)讀到的 size-1 個(gè)字符和一個(gè) '\0' 字符存入緩沖區(qū)，文件行剩余的內(nèi)容可以在下次調(diào)用 fgets 時(shí)繼續(xù)讀。

若一次 fgets 調(diào)用在讀入若干字符后到達(dá)文件末尾，則將已讀到的字符加上 '\0' 存入緩沖區(qū)并返回，如果再次調(diào)用則返回 NULL，可以據(jù)此判斷是否讀到文件末尾。

fputs 向指定文件寫入一個(gè)字符串，緩沖區(qū)保存的是以 '\0' 結(jié)尾的字符串，與 fgets 不同的是，fputs 不關(guān)心字符串中的 '\n' 字符。

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

int puts(const char *s);

六、以記錄為單位的IO函數(shù)

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

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

fread 和 fwrite 用于讀寫記錄，這里的記錄是指一串固定長度的字節(jié)，比如一個(gè) int、一個(gè)結(jié)構(gòu)體貨或一個(gè)定長數(shù)組。

參數(shù) size 指出一條記錄的長度，nmemb 指出要讀或?qū)懚嗌贄l記錄，這些記錄在 ptr 所指內(nèi)存空間連續(xù)存放，共占 size * nmemb 個(gè)字節(jié)。

fread 和 fwrite 返回的記錄數(shù)有可能小于 nmemb 指定的記錄數(shù)。例如當(dāng)讀寫位置距文件末尾只有一條記錄長度，調(diào)用 fread 指定 nmemb 為 2，則返回值為 1。如果寫文件時(shí)出錯(cuò)，則 fwrite 的返回值小于 nmemb 指定的值。

struct t{

int a;

short b;

};

struct t val = {1, 2};

FILE *fp = fopen("file.txt", "w");

fwrite(&val, sizeof(val), 1, fp);

fclose(fp);

liwei:/tmp$ od -tx1 -tc -Ax file.txt

0000000 01 00 00 00 02 00 00 00

001 \0 \0 \0 002 \0 \0 \0

從結(jié)果可以看出，寫入的是 8 個(gè)字節(jié)，有興趣的同學(xué)可以就此分析下系統(tǒng)的「大小端」和結(jié)構(gòu)體的「對(duì)齊補(bǔ)齊」問題。

七、格式化IO函數(shù)

(1). printf / scanf

int printf(const char *format, ...);

int scanf(const char *format, ...);

這兩個(gè)函數(shù)是我們學(xué)習(xí) C 語言最早接觸，可能也是接觸比較多的了，沒什么特別要說的。printf 就是格式化打印到標(biāo)準(zhǔn)輸出。下面總結(jié)下 printf 常用的方式。

printf("%d\n", 5); // 打印整數(shù) 5

printf("-%10s-\n", "hello") // 設(shè)置顯示寬度并左對(duì)齊：- hello-

printf("-%-10s-\n", "hello") // 設(shè)置顯示寬度并右對(duì)齊：- hello-

printf("%#x\n", 0xff); // 0xff 不加#則顯示ff

printf("%p\n", main); // 打印 main 函數(shù)首地址

printf("%%\n"); // 打印一個(gè) %

scanf 就是從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀取格式化數(shù)據(jù)，簡單舉個(gè)例子：

int year, month, day;

scanf("%d/%d/%d", &year, &month, &day);

printf("year = %d, month = %d, day = %d\n", year, month, day);

(2). sprintf / sscanf / snprintf

sprintf 并不打印到文件，而是打印到用戶提供的緩沖區(qū)中并在末尾加 '\0'，由于格式化后的字符串長度很難預(yù)計(jì)，所以很可能造成緩沖區(qū)溢出，強(qiáng)烈推薦 snprintf 更好一些，參數(shù) size 指定了緩沖區(qū)長度，如果格式化后的字符串超過緩沖區(qū)長度，snprintf 就把字符串截?cái)嗟?size - 1 字節(jié)，再加上一個(gè) '\0'，保證字符串以 '\0' 結(jié)尾。如果發(fā)生截?cái)?#xff0c;返回值是截?cái)嘀暗拈L度，通過對(duì)比返回值與緩沖區(qū)實(shí)際長度對(duì)比就知道是否發(fā)生截?cái)唷?/p>

int sscanf(const char *str, const char *format, ...);

int sprintf(char *str, const char *format, ...);

int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);

sscanf 是從輸入字符串中按照指定的格式去讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，函數(shù)功能非常的強(qiáng)大，支持類似正則表達(dá)式匹配的功能。具體的使用格式請(qǐng)自行查詢官方手冊(cè)，這里總結(jié)出最常用、最重要的幾種使用場(chǎng)景和方式。

最基本的用法

char buf[1024] = 0;

sscanf("123456", "%s", buf);

printf("%s\n", buf);

// 結(jié)果為：123456

取指定長度的字符串

sscanf("123456", "%4s", buf);

printf("%s\n", buf);

// 結(jié)果為：1234

取第1個(gè)字符串

sscanf("hello world", "%s", buf);

printf("%s\n", buf);

// 結(jié)果為：hello 因?yàn)槟J(rèn)是以空格來分割字符串的，%s讀取第一個(gè)字符串hello

讀取到指定字符為止的字符串

sscanf("123456#abcdef", "%[^#]", buf);

// 結(jié)果為：123456

// %[^#]表示讀取到#符號(hào)停止，不包括#

讀取僅包含指定字符集的字符串

sscanf("123456abcdefBCDEF", "%[1-9a-z]", buf);

// 結(jié)果為：123456abcdef

// 表達(dá)式是要匹配數(shù)字和小寫字母，匹配到大寫字母就停止匹配了。

讀取指定字符集為止的字符串

sscanf("123456abcdefBCDEF", "%[^A-Z]", buf);

// 結(jié)果為：123456abcdef

讀取兩個(gè)符號(hào)之間的內(nèi)容(@和.之間的內(nèi)容)

sscanf("liwei0526vip@linuxblogs.cn", "%*[^@]@%[^.]", buf);

// 結(jié)果為：linuxblogs

// 先讀取@符號(hào)前邊內(nèi)容并丟棄，然后讀@，接著讀取.符號(hào)之前的內(nèi)容linuxblogs，不包含字符.

給一個(gè)字符串

sscanf("hello, world", "%*s%s", buf);

// 結(jié)果為：world

// 先忽略一個(gè)字符串"hello,"，遇到空格直接跳過，匹配%s，保存 world 到 buf

// %*s 表示第 1 個(gè)匹配到的被過濾掉，即跳過"hello,"，如果沒有空格，則結(jié)果為 NULL

稍微復(fù)雜點(diǎn)的

sscanf("ABCabcAB=", "%*[A-Z]%*[a-z]%[^a-z=]", buf);

// 結(jié)果為：AB 自己嘗試分析哈

包含特殊字符處理

sscanf("201*1b_-cdZA&", "%[0-9|_|--|a-z|A-Z|&|*]", buf);

// 結(jié)果為：201*1b_-cdZA&

如果能將上述幾個(gè)例子搞明白，相信基本上已經(jīng)掌握了 sscanf 的用法，實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，只有多使用，多思考才能真正理解它的用法。

(3). fprintf / fscanf

fprintf 打印到指定的文件 stream 中，fscanf 從文件中格式化讀取數(shù)據(jù)，類似 scanf 函數(shù)。相關(guān)函數(shù)的聲明如下：

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);

還是通過簡單實(shí)例來說明基本用法。

FILE *fp = fopen("file.txt", "w");

fprintf(fp, "%d-%s-%f\n", 32, "hello", 0.12);

fclose(fp);

liwei:/tmp$ cat file.txt

32-hello-0.120000

而 fscanf 函數(shù)的使用基本上與 sscanf 函數(shù)使用方式相同。

八、IO緩沖區(qū)

還有個(gè)關(guān)于 IO 非常重要的概念，就是 IO 緩沖區(qū)。

C 標(biāo)準(zhǔn)庫為每個(gè)打開的文件分配一個(gè) I/O 緩沖區(qū)，用戶調(diào)用讀寫函數(shù)大多數(shù)都在 I/O 緩沖區(qū)中讀寫，只有少數(shù)請(qǐng)求傳遞給內(nèi)核。

以 fgetc／fputc 為例，當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用 fgetc 讀一個(gè)字節(jié)時(shí)，fgetc 函數(shù)可能通過系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入內(nèi)核讀 1k 字節(jié)到緩沖區(qū)，然后返回緩沖區(qū)中第一個(gè)字節(jié)給用戶，以后用戶再調(diào)用 fgetc，就直接從緩沖區(qū)讀取。

另一方面，fputc 通常只是寫到緩沖區(qū)中，如果緩沖區(qū)滿了，fputc 就通過系統(tǒng)調(diào)用把緩沖區(qū)數(shù)據(jù)傳遞給內(nèi)核，內(nèi)核將數(shù)據(jù)寫回磁盤。如果希望把緩沖區(qū)數(shù)據(jù)立即寫入磁盤，可以調(diào)用 fflush 函數(shù)。

C 標(biāo)準(zhǔn)庫 IO 緩沖區(qū)有三種類型：全緩沖、行緩沖和無緩沖區(qū)，不同類型的緩沖區(qū)具有不同的特性。

全緩沖：如果緩沖區(qū)寫滿了就寫回內(nèi)核。常規(guī)文件通常是全緩沖的。

行緩沖：如果程序?qū)懙臄?shù)據(jù)中有換行符就把這一行寫回內(nèi)核，或者緩沖區(qū)滿就寫回內(nèi)核。標(biāo)準(zhǔn)輸入和標(biāo)準(zhǔn)輸出對(duì)應(yīng)終端設(shè)備時(shí)通常是行緩沖的。

無緩沖：用戶程序每次調(diào)用庫函數(shù)做寫操作都要通過系統(tǒng)調(diào)用寫回內(nèi)核。標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出通常是無緩沖的，用戶程序的錯(cuò)誤信息可以盡快輸出到設(shè)備。

printf("hello world");

while(1);

// 運(yùn)行程序會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕并沒有打印hello world

// 因?yàn)榫彌_區(qū)沒滿，且沒有\(zhòng)n符號(hào)

除了寫滿緩沖區(qū)、寫入換行符之外，行緩沖還有一種情況會(huì)自動(dòng)做 flush 操作，如果：

用戶程序調(diào)用庫函數(shù)從無緩沖的文件中讀取

或從行緩沖的文件中讀取，且這次讀操作會(huì)引發(fā)系統(tǒng)調(diào)用從內(nèi)核讀取數(shù)據(jù)，那么會(huì)讀之前自動(dòng) flush 所有行緩沖

程序退出時(shí)通常也會(huì)自動(dòng) flush 緩沖區(qū)

如果不想完全依賴自動(dòng)的 flush 操作，可以調(diào)用 fflush 函數(shù)手動(dòng)操作。若調(diào)用 fflush(NULL) 可以對(duì)所有打開文件的 IO 緩沖區(qū)做 flush 操作。緩沖區(qū)大小也可以自定義設(shè)置，一般情況無需設(shè)置，默認(rèn)即可。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux下c标准库位置,C 标准库 IO 使用详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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