Linux 软件编程：IO——标准IO

一、IO 基本概念

1. 定义：IO 指 input/output（输入 / 输出）。
2. 核心特点：在 Linux 系统中，一切皆是文件，IO 操作的对象是文件。

二、文件相关内容

• 文件的定义：一段数据的集合，通常存放在外存中，掉电后数据不会丢失。
• 文件分类及对应 IO 操作：

1. 分类	子项	具体内容
   文件分类	块设备文件（b）	按块扫描信息，通常为存储设备，对应文件 IO 操作123
   	字符设备文件（c）	按字符扫描信息，一般为普通设备，对应文件 IO 操作456
   	目录文件（d）	存放文件的文件夹，对应目录 IO / 文件 IO 操作789
   	普通文件（-）	存放信息的文件，分 ASCII 码文件（如程序、文本）和二进制文件（如图片、音视频），对应标准 IO / 文件 IO 操作10111213
   	链接文件（l）	操作等价于操作指向的文件，对应链接 IO / 文件 IO 操作151617
   	套接字文件（s）	用于进程间通信，对应文件 IO 操作181920
   	管道文件（p）	用于进程间通信，对应文件 IO 操作

三、标准 IO

1. 概念：通常用来操作普通文件。
2. 普通文件类型：
   • ASCII 码文件：文件中的所有内容均为能够在屏幕上显示的 ASCII 码字符，程序、文本文件均为此类。
   • 二进制文件：文件中的所有内容均为数据对应的二进制形式存放（包含一些不能在界面上显示的内容），图片、音视频、压缩包均为此类，且 ASCII 码文件本质也是二进制文件。
3. 标准 IO 的接口：

   • fopen/fclose
   • fgetc/fputc
   • fgets/fputs
   • fscanf/fprintf
   • fread/fwrite
   • fseek/rewind/ftell

4. 操作步骤：
   1. 打开文件
   2. 读写文件
   3. 关闭文件
5. 文件的打开与关闭：
   • fopen 函数：
     • 原型：FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
     • 功能：打开 pathname 指向字符串对应的文件，并和它建立一个流。
     • 参数：pathname 为要打开的文件路径字符串；mode 为打开方式。
     • 打开方式说明：

       • 只读：文件存在只读打开，文件不存在报错。
       • r+：读写，文件存在读写打开，文件不存在报错。
       • w：只写，文件存在清 0，文件不存在创建，只写打开。
       • w+：写读，文件存在清 0，文件不存在创建，写读打开。
       • a：追加，文件存在追加，文件不存在创建，只写打开。
       • a+：追加读写，文件存在追加，文件不存在创建，读写打开。

     • 返回值：成功返回 FILE* 指针，失败返回 NULL。
   • fclose 函数：
     • 原型：int fclose(FILE *stream);
     • 功能：关闭已经打开的流。
     • 参数：stream 为文件流指针。
     • 返回值：成功返回 0，失败返回 EOF（-1）。
6. 字符读写函数：
   • fputc 函数：
     • 原型：int fputc(int c, FILE *stream);
     • 功能：将字符 c 写入流中。
     • 参数：c 为要写入的字符；stream 为文件流指针。
     • 返回值：成功返回输出的 ASCII 码值，失败返回 EOF。
     • 注意：putchar () 等价于 fputc (ch, stdout)。
   • fgetc 函数：
     • 原型：int fgetc(FILE *stream);
     • 功能：读取流中的下一个字符。
     • 参数：stream 为文件流指针。
     • 返回值：成功返回读到字符的 ASCII 码值，失败或者读到文件末尾返回 EOF。
     • 注意：ch = getchar () 等价于 ch = fgetc (stdin)。
7. 字符串读写函数：
   • fputs 函数：
     • 原型：int fputs(const char *s, FILE *stream);
     • 功能：向流中写入 s 指向的字符串。
     • 参数：s 为要写入的字符串的首地址；stream 为文件流指针。
     • 返回值：成功返回非负数，失败返回 EOF。
     • 注意：fputs 不会多打印 \n 字符，而 puts 会多打印一个 \n 字符。
   • fgets 函数：
     • 原型：char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
     • 功能：从流中最多读 size-1 个字节数据放入 s 指向的空间中，遇到 \n 读取截止。
     • 参数：s 为存放数据空间的首地址；size 为最多存放元素的个数；stream 为文件流指针。
     • 返回值：成功返回存放数据空间的首地址，失败或读到文件末尾返回 NULL。
     • 注意：gets 会去掉从终端接收的 \n 字符，fgets 不会去掉从终端接收的 \n 字符。
8. 格式化读写函数：
   • fprintf 函数：
     • 原型：int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
     • 功能：将格式化的字符串打印在流中。
     • 参数：stream 为文件流指针；format 为格式化的字符串；... 为参数。
     • 返回值：成功返回打印字符的个数，失败返回负数。
   • fscanf 函数：
     • 原型：int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
     • 功能：从流中接收格式化的字符串。
     • 参数：stream 为文件流指针；format 为格式化字符串；... 为参数。
     • 返回值：成功返回匹配的输入控制符的个数，失败或读到文件末尾返回 EOF。
9. 已打开的三个特殊的流：
   • stdin：标准输入流
   • stdout：标准输出流
   • stderr：标准出错流
   • 说明：printf、puts、putchar 都是通过 stdout 流实现在终端信息打印；scanf、gets、getchar 都是通过 stdin 流实现获得终端信息；perror 通过 stderr 流实现在终端打印出错信息。

四、标准 IO 的缓存

1. 特点：标准 IO 是一种有缓存的 IO，效率高，但实时性差。
2. 缓存的类型：
   • 全缓存（4k）：
     • 刷新条件：缓存区满 4k 刷新；fflush 函数强制刷新；fclose 或者程序关闭刷新。
     • 说明：与文件建立的缓存一般为全缓存。
   • 行缓存（1k）：
     • 刷新条件：缓存区满 1k 刷新；遇到 \n 刷新；fflush 函数强制刷新；fclose 或者程序关闭刷新。
     • 说明：与终端建立的缓存一般为行缓存（stdin、stdout 均为行缓存）。
   • 不缓存（0k）：
     • 刷新条件：不缓存立即刷新。
     • 说明：出错处理或者人机交互一般使用不缓存（stderr 不缓存）。