标准IO和文件IO

news2024/11/25 12:30:37

标准IO

        接上节

函数接口

（1）fseek函数：

1.功能：将文件流中的文件指针从指定的起始位置开始偏移指定的字节数。

2.参数：（目标文件，偏移量，参考点）

  • stream：要移动文件指针的目标文件流对象，注意不支持设备文件，一般用于普通文件。
  • offset：要在文件内偏移的距离，单位为字节。如果值为正数，则向文件末尾偏移；如果值为负数，则向文件开头偏移。
  • whence：偏移的起始位置，由系统定义的三个宏确定，分别是SEEK_SET（文件的开头位置）、SEEK_CUR（文件的当前位置）、SEEK_END（文件的末尾位置）。

3.返回值：成功返回0，失败返回 - 1。

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* fp = fopen("1.txt","w+");
    if(NULL == fp)
    {
        printf("fopen error\n");
        return 1;
    }
    char buf[128]="hello world";
    fputs(buf,fp);
    fseek(fp,0,SEEK_SET);

    bzero(buf,sizeof(buf));
    fgets(buf,sizeof(buf),fp);
    printf("buf is %s\n",buf);

    fclose(fp);
    return 0;
}
（2）ftell函数：

1.功能：获取当前文件流指针的具体位置，一般以文件开头到当前指针的字节数为返回值。

2.参数：stream为要返回指针距离的文件流对象。

3.返回值：成功获取到的距离长度，单位是字节；失败返回 - 1。

（3）rewind函数：

1.功能：将文件指针重新定位到文件的开头，等效于fseek(stream, 0L, SEEK_SET)。

2.参数：stream为要进行操作的文件流对象。

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    
    FILE* fp = fopen("1.txt","r");
    if(NULL == fp)
    {
        printf("fopen error");
        return 1;
    }
    char buf[1024]={0};
    fgets(buf,sizeof(buf),fp);
    printf("1 buf is %s\n",buf);
    rewind(fp);
    fgets(buf,sizeof(buf),fp);
    printf("2 buf is %s\n",buf);

    fclose(fp);

    return 0;
}
（4）feof函数：

        标准输入输出库中的一个函数，用于判断文件流指针是否到达文件结尾。

  1. 1.功能：判断当前参数stream的文件流指针是否到达文件结尾。如果到达文件结尾则返回真，否则返回假。注意，该操作一定要在一次IO操作之后判断。
  2. 2.参数：stream为要判断结尾的文件流对象，可以是stdin（程序会阻塞等待），如果是普通文件fp则指向文件第一行数据。
  3. 3.返回值：成功到达结尾返回真，否则返回假。

在使用feof函数时，通常与其他文件操作函数结合使用，例如fgetc、fread等，用于判断文件是否读取完毕。

缓存区

1.行缓存（Line Buffering）

        行缓存是一种缓存机制，主要用于人机交互，如终端（stdout）。

        特点：

       （1） 缓存区大小通常为1K。

        （2）刷新条件包括遇到\n刷新、缓存区满刷新、程序结束刷新以及使用fflush刷新（fflush(stdout)）。

        （3）行缓存多是关于终端的一些操作，例如在输入输出中，当遇到换行符\n时，会刷新缓存区，将数据输出或读取。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 1 printf("hello\n");
    /* 2
    int i = 0 ;
    for(i = 0 ;i<1025;i++)
    {
        //printf("a");
        fputc('a',stdout);
    }
    while(1)
        sleep(1);
        */

    //3 
    // printf("hello");
    //
    printf("hello");
    fflush(stdout);
    while(1);
    return 0;
}

2.全缓存（Full Buffering）：

        全缓存主要用于文件的读写操作。

        特点：

        （1）缓存区大小通常为4K。

        （2）刷新条件包括缓存区满刷新、程序结束刷新以及使用fflush刷新（fflush(fp)）。

        （3）对普通文件进行标准IO操作时，建立的缓存一般为全缓存。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE* fp = fopen("1.txt","w");    
    /*char buf[]="hello";
    fputs(buf,fp);
*/
    /* 4K
    int i = 0 ;
    for(i = 0 ;i<4097;i++)
    {
        fputc('a',fp);
    }
    while(1)
        sleep(1);
        */ 


    char buf[]="hello";
    fputs(buf,fp);
    fflush(fp);

    while(1)
        sleep(1);
    return 0;
}

3.无缓存（No Buffering）：

        不对数据进行缓存，直接刷新。

        特点：

        （1）主要用于出错处理信息的输出，如stderr。

        （2）不缓存数据，直接将数据输出或处理。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    
    fprintf(stderr,"fopen error ");
    while(1)
        sleep(1);
    return 0;
}

        在标准IO中，不同的缓存机制适用于不同的场景，以提高数据处理的效率和性能。例如，行缓存适用于终端交互，能够及时响应用户的输入和输出；全缓存适用于文件读写，能够减少系统调用的次数，提高数据传输的效率；无缓存则适用于需要及时输出错误信息等情况。

文件io


        在操作系统中，为了方便用户使用系统功能，系统对外提供了一组系统函数，称为系统调用，其中包括文件IO。文件IO是一种基于Linux内核的没有缓存的IO机制，主要用于对设备文件和普通文件进行操作。

一、文件IO的特性

  1. 无缓存区：文件IO操作直接对文件进行读写，不依赖于缓存区，这意味着数据的读写更加直接和高效，但也需要用户自己管理数据的缓存。
  2. 文件描述符：文件IO的操作对象是文件描述符，这是一个小的非负整数（通常在0 - 1023之间）。内核为每一个打开的文件分配一个文件描述符，程序可以通过文件描述符来对文件进行操作。
  3. 默认打开的描述符：在程序启动时，操作系统会默认为其打开三个与流对象匹配的描述符：
  • 0 ==> STDIN_FILENO === stdin（标准输入）
  • 1 ==> STDOUT_FILENO == stdout（标准输出）
  • 2 ==> STDERR_FILENO == stderr（标准错误输出）

二、函数接口

（1）open函数

1.功能：获得一个文件描述符。

 2.参数：

  • pathname：文件名。
  • flags：
O_RDONLY只读模式
O_WRONLY只写模式
O_RDWR读写模式
O_CREAT创建文件
O_EXCL需要和O_CREAT同时使用，表示新建的文件不能存在，成功，否则open就会失败
O_NOCTTY不是终端设备
O_TRUNC文件内容清空
O_APPEND追加
O_ASYNC异步IO，什么时候IO不确定
O_NONBLOCK非阻塞
  • 返回值：成功返回文件描述符，失败返回 - 1。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd= open("1.txt",O_WRONLY | O_CREAT|O_TRUNC,0666);//truncate
    if(-1 == fd)
    {
        printf("open error\n");
        return 1;
    }
    printf("fd is %d\n",fd);
    return 0;
}
（2）write函数

1.功能：通过文件描述符向文件中写一串数据。

2.参数：

  • fd：文件描述符。
  • buf：要写入文件的字符串的首地址。
  • count：要写入字符的个数。

3.返回值：成功返回实际写入的个数，失败返回 - 1。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd= open("1.txt",O_WRONLY | O_CREAT|O_TRUNC,0666);//truncate
    if(-1 == fd)
    {
        printf("open error\n");
        return 1;
    }
    printf("fd is %d\n",fd);
    char buf[128]="hello,world";
    int wr_ret = write(fd,buf,strlen(buf));
    if(-1 == wr_ret)
    {
        printf("write error\n");
        return 1;
    }
    close(fd);
    return 0;
}
（3）read函数

1.功能：通过文件描述符读取文件中的数据。

2.参数：

  • fd：文件描述符。
  • buf：存放数据空间的首地址。
  • count：要读到数据的个数。

3.返回值：成功返回读到数据的个数，失败返回 - 1，读到文件结尾返回0。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd= open("1.txt",O_RDONLY);//truncate
    if(-1 == fd)
    {
        printf("open error\n");
        return 1;
    }
    printf("fd is %d\n",fd);

    char buf[512]={0};
    int rd_ret = read(fd,buf,sizeof(buf));
    if(rd_ret<=0)
    {
        printf("read eof or error\n");
        return 1;
    }
    printf("ret %d,%s\n",rd_ret,buf);

    close(fd);
    return 0;
}
（4）close函数

1.功能：关闭一个已打开的文件描述符，释放相关资源。

2.参数：需要关闭的文件描述符。

3.返回值：成功返回0，失败返回 - 1。

（5）lseek函数

1.功能：定位文件光标的位置。

2.参数：

  • fd：文件描述符，表示要操作的文件。
  • offset：偏移量，可以是正数（向后偏移）、负数（向前偏移）或零（不偏移）。
  • whence：指定偏移的起始位置，有以下几种取值：
    • SEEK_SET：从文件开头开始计算偏移量。
    • SEEK_CUR：从当前文件光标位置开始计算偏移量。
    • SEEK_END：从文件末尾开始计算偏移量。

3.返回值：成功返回偏移量。失败返回 - 1。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd= open("1.txt",O_WRONLY);//truncate
    if(-1 == fd)
    {
        printf("open error\n");
        return 1;
    }
    printf("fd is %d\n",fd);
    off_t offset = lseek(fd,6, SEEK_SET);
    printf("offset %ld\n",offset);
    write(fd,"china",5);
    close(fd);
    return 0;
}

文件IO与标准IO的比较

文件IO：

  • 特点：基于Linux内核，没有缓存区，操作对象是文件描述符，直接对文件进行读写。
  • 适用场景：用于底层设备相关的开发。
  • 优势：在某些特定场景下，如对性能要求较高、需要直接操作设备文件等，具有优势。
  • 不足：效率、安全性和移植性相对较差。

标准IO：

  • 特点：是对文件IO的封装，使用流（FILE*）进行操作，具有缓存机制（行缓存、全缓存、无缓存）。
  • 适用场景：适用于纯上层开发。
  • 优势：效率和安全性较高，移植性好，使用方便。
  • 不足：对于底层设备的直接操作能力相对较弱。

        总的来说，文件IO更接近底层，适合一些对性能和直接控制有较高要求的场景；标准IO则在大多数上层应用中更为常用，因为它提供了更方便、高效和安全的文件操作方式。在实际开发中，应根据具体需求选择合适的IO方式。

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