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C语言标准I/O库详解：文件操作与缓冲区机制

news 来源：原创 2025/6/20 15:43:10

C语言标准I/O库详解：文件操作与缓冲区机制

一、核心结构体：FILE指针

FILE *：标准I/O操作的核心返回类型
fopen(3) 返回的FILE结构体包含：
- 文件描述符（File Descriptor）
- 缓冲区地址（Buffer Address）
- 缓冲区大小（Buffer Size）
- 错误状态标志（Error Indicator）

二、标准I/O操作分类

1. 文件打开与关闭

函数	作用
`fopen()`	打开文件，返回FILE指针
`fclose()`	关闭文件并释放资源

2. 数据读取函数

函数	说明
`fgetc()`/`getc()`	读取单个字符
`getchar()`	从标准输入读取字符
`fgets()`	读取一行字符串
`getline()`	动态分配读取行（POSIX标准）
`fread()`	二进制数据块读取
`fscanf()`/`scanf()`	格式化输入

3. 数据写入函数

函数	说明
`fputc()`/`putc()`	写入单个字符
`putchar()`	向标准输出写入字符
`fputs()`	写入字符串
`puts()`	向标准输出写入字符串（自动换行）
`fwrite()`	二进制数据块写入
`fprintf()`/`printf()`	格式化输出
`snprintf()`	安全格式化到缓冲区

4. 文件定位操作

函数	作用
`fseek()`	设置文件位置指针
`ftell()`	获取当前文件位置
`rewind()`	重置文件位置到开头

三、缓冲区机制与性能优化

1. 缓冲区核心作用

合并多次I/O系统调用，减少频繁操作内核的开销
默认缓冲区大小：4KB（依赖系统实现）

2. 三种缓冲类型

类型	刷新条件	应用场景
行缓冲	1. 遇到 `\n` 2. 缓冲区满 3. 进程正常终止 4. 调用 `fflush()`	`stdin` / `stdout`
全缓冲	1. 缓冲区满 2. 进程终止 3. 显式调用 `fflush()`	普通文件（默认）
无缓冲	立即输出	`stderr`

3. 强制刷新缓冲区的四种方式

行缓冲模式下遇到换行符 \n
缓冲区被写满
进程正常退出（如 main() 返回或 exit()）
调用 fflush(NULL) 强制刷新所有输出流

四、关键函数原型（补充）

// 打开文件  
FILE *fopen(const char *path, const char *mode);  // 刷新缓冲区  
int fflush(FILE *stream);  // 安全格式化  
int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);