Linux IO编程核心要点解析：文件、流与缓冲区实战指南

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1. Linux 文件类型

类型	描述	示例
常规文件	普通数据文件-	.txt, .c, 二进制文件
目录文件	存储文件路径信息d	/home, /etc
字符设备	按字符流访问的设备c	终端 /dev/tty，键盘 /dev/input
块设备	按数据块访问的设备b	硬盘 /dev/sda，U盘 /dev/sdb1
链接文件	文件快捷方式l	ln -s source.txt link_to_source

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2. IO 概念

• 输入设备：键盘（/dev/input）、鼠标。
• 输出设备：显示器（/dev/fb0）、打印机。
• 双向设备：U盘（/dev/sdb1）、网卡（eth0）。

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3. 系统调用 vs 库函数

类型	描述	示例函数
系统调用	操作系统直接提供的接口	open(), read(), write()
库函数	封装系统调用的高级接口	fopen(), fread(), printf()

代码示例：

// 系统调用直接操作文件描述符
int fd = open("file.txt", O_RDWR);
write(fd, "Hello", 5);

// 库函数封装为文件流操作
FILE *fp = fopen("file.txt", "w");
fprintf(fp, "Hello");

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4. 流（Stream）的概念

• 在 C 语言中，流是文件或设备的抽象，表示为 FILE 结构体。

• 示例：

  FILE *fp = fopen("data.txt", "r");  // 打开文件流
  char buffer[100];
  fgets(buffer, 100, fp);            // 从流中读取数据
  

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5. Windows 与 Linux 换行符

• Windows：\r\n（回车 + 换行）。
• Linux：\n（仅换行）。
  代码适配：

// 跨平台换行符处理
fprintf(fp, "Line1%c", '\n');  // Linux 正常，Windows 可能显示异常
fprintf(fp, "Line2\r\n");      // Windows 兼容

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6. 缓冲区类型

类型	描述	触发条件	示例场景
全缓冲	缓冲区满后刷新	默认文件操作	普通文件读写
行缓冲	遇到换行符或缓冲区满刷新	终端（标准输入/输出）	printf("Hello\n")
无缓冲	直接写入设备	标准错误流（即时显示错误）	fprintf(stderr, ...)

代码示例：

#include <stdio.h>
int main() {
    printf("Hello");  // 行缓冲，无换行符时可能不立即显示
    fflush(stdout);   // 手动刷新缓冲区
    return 0;
}

• 默认缓冲区大小：

  • 全缓冲（文件操作）：通常为 BUFSIZ（定义在 <stdio.h> 中），在大多数系统中为 8192 字节（8KB）。
  • 行缓冲（终端输入/输出）：通常为 1024 字节（但可能更小，如 512 字节）。
  • 无缓冲（如 stderr）：数据直接写入设备，无缓冲区。

• 查看默认值：

  #include <stdio.h>
  printf("BUFSIZ = %d\n", BUFSIZ);  // 输出默认缓冲区大小
  

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7. 三种标准 IO 流

流类型	文件描述符	宏定义	默认设备
标准输入流	0	STDIN_FILENO	键盘
标准输出流	1	STDOUT_FILENO	显示器
标准错误流	2	STDERR_FILENO	显示器

使用示例：

// 从键盘读取输入
char input[100];
fgets(input, 100, stdin);

// 向屏幕输出错误
fprintf(stderr, "Error: File not found!\n");

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8. 缓冲区行为演示（buffer.c）

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

int main() {
    printf("Hello");  // 行缓冲，无换行符时程序结束前不显示
    sleep(2);        // 休眠 2 秒
    // 若此处调用 _exit(0)（不刷新缓冲区），则 "Hello" 不会显示
    return 0;         // 正常退出会刷新缓冲区
}

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9. 关键函数总结

操作	系统调用	库函数
打开文件	open()	fopen()
读取数据	read()	fread(), fgets()
写入数据	write()	fwrite(), fprintf()
关闭文件	close()	fclose()
设置缓冲区类型	setvbuf()	-

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总结：Linux IO 编程需掌握文件类型、系统调用与库函数的区别、缓冲区机制及标准流的操作。通过合理使用缓冲策略和错误流，可以提升程序效率和健壮性。