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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）

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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

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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

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

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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, ...);

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