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Linux系统的I/O也就是一般所说的低级I/O——操作系统提供的基本IO服务,与os绑定,特定于Linux平台。而标准I/O是ANSIC建立的一个标准I/O模型,是一个标准函数包和stdio.h头文件中的定义,具有一定的可移植性。两者一个显著的不同点在于,标准I/O默认采用了缓冲机制,比如调用fopen函数,不仅打开一个文件,而且建立了一个缓冲区(读写模式下将建立两个缓冲区),还创建了一个包含文件和缓冲区相关数据的数据结构。低级I/O一般没有采用缓冲,需要自己创建缓冲区,不过在Linux系统中,都是有使用称为内核缓冲的技术用于提高效率,读写调用是在内核缓冲区和进程缓冲区之间进行的数据复制。
ANSIC定义了一组高级输入输出函数,成为标准I/O库,为程序员提供了LinuxI/O的较高级别的替代。这个库(libc)提供了打开和关闭文件的函数(fopen和fclose)、读和写字节的函数(fread和fwrite)、读和写字符串的函数(fgets和fputs)、以及复杂的格式化I/O函数(printf和scanf)。
标准I/O库将一个打开的文件模型化为一个流。对于程序员而言一个流就是一个指向FILE类型的结构的指针。类型为FILE的流是对文件描述符和缓冲区的抽象。流的缓冲区的目的和RIO读缓冲区的目的是一样的:就是使开销较高的LinuxI/O系统调用的次数尽可能的减少。例如,假如我们有一个程序,反复调用标准I/O的getc函数,每次调用返回文件的下一个字符。当第一次调用getc函数时,库函数通过调用一次read系统调用来填充流缓冲区,然后将缓冲区中的第一个字节返回给应用程序。只要缓冲区中还有未读的字节,接下来对getc函数的调用就能直接从流缓冲区中得到服务,而不必去调用开销较高的LinuxI/O系统调用。
文本流是由一系列行组成的,每一行的结尾是一个换行符。如果系统没有遵循这种模式,则标准库将通过一些措施使得该系统适应这种模式。例如,标准库可以在输入端将回车符和换页符都转换成换行符,而在输出端进行反向转换。
最简单的输入机制是使用getchar()函数从标准输入中(一般为键盘)一次读取一个字符,getchar函数在每次被调用的时候返回下一个输入字符。若遇到文件结尾,则返回EOF。符号常量EOF在头文件stdio.h中定义为-1,但程序中应该使用EOF来测试文件是否结束,这样才能保证程序同EOF的特定值无关。
1.fopen与open
标准I/O使用fopen函数打开一个文件:
FILE*fp=fopen(constchar*path,constchar*mod)
其中path是文件名,mod用于指定文件打开的模式的字符串,比如"r","w","w+","a"等等,可以加上字母b用以指定以二进制模式打开(对于Linux系统,只有一种文件类型,因此没有区别),如果成功打开,返回一个FILE文件指针,如果失败返回NULL,这里的文件指针并不是指向实际的文件,而是一个关于文件信息的数据包,其中包括文件使用的缓冲区信息。
Linux系统使用open函数用于打开一个文件:
intfd=open(char*name,inthow);
与fopen类似,name表示文件名字符串,而how指定打开的模式:O_RDONLY(只读),O_WRONLY(只写),O_RDWR(可读可写),还有其他模式请man2open。成功返回一个正整数称为文件描述符,这与标准I/O显著不同,失败的话返回-1,与标准I/O返回NULL也是不同的。
2.fclose与close
与打开文件相对的,标准I/O使用fclose关闭文件,将文件指针传入即可,如果成功关闭,返回0,否则返回EOF
比如:
if(fclose(fp)!=0)
printf("Errorinclosingfile");
而Linux使用close用于关闭open打开的文件,与fclose类似,只不过当错误发生时返回的是-1,而不是EOF,成功关闭同样是返回0。C语言用errorcode来进行错误处理的传统做法。
3.读文件,getc,fscanf,fgets和read
标准I/O中进行文件读取可以使用getc,一个字符一个字符的读取,也可以使用gets(读取标准io读入的)、fgets以字符串单位进行读取(读到遇到的第一个换行字符的后面),gets(接受一个参数,文件指针)不判断目标数组是否能够容纳读入的字符,可能导致存储溢出(不建议使用),而fgets使用三个参数:
char*fgets(char*s,intsize,FILE*stream);
第一个参数和gets一样,用于存储输入的地址,第二个参数为整数,表示输入字符串的最大长度,最后一个参数就是文件指针,指向要读取的文件。最后是fscanf,与scanf类似,只不过增加了一个参数用于指定操作的文件,比如fscanf(fp,"%s",words)
Linux系统中使用read函数用于读取open函数打开的文件,函数原型如下:
ssize_tnumread=read(intfd,void*buf,size_tqty);
其中fd就是open返回的文件描述符,buf用于存储数据的目的缓冲区,而qty指定要读取的字节数。如果成功读取,就返回读取的字节数目(小于等于qty)。
4.判断文件结尾,如果尝试读取达到文件结尾,标准IO的getc会返回特殊值EOF,而fgets碰到EOF会返回NULL,而对于Linux的read函数,情况有所不同。read读取qty指定的字节数,最终读取的数据可能没有你所要求的那么多(qty),而当读到结尾再要读的话,read函数将返回0.
5.写文件:putc,fputs,fprintf和write
与读文件相对应的,标准C语言I/O使用putc写入字符,比如:
putc(ch,fp);
第一个参数是字符,第二个是文件指针。而fputs与此类似:
fputs(buf,fp);
仅仅是第一个参数换成了字符串地址。而fprintf与printf类似,增加了一个参数用于指定写入的文件,比如:
fprintf(stdout,"Hello%s.\n","dennis");
切记fscanf和fprintf将FILE指针作为第一个参数,而putc,fputs则是作为第二个参数。
在系统中提供write函数用于写入文件,原型与read类似:
ssize_tresult=write(intfd,void*buf,size_tamt);
fd是文件描述符,buf是将要写入的内存数据,amt是要写的字节数。如果写入成功返回写入的字节数,通过result与amt的比较可以判断是否写入正常,如果写入失败返回-1。write函数仅仅是将数据写入了缓冲区,何时写入磁盘由内核决定,如果要强制写入硬盘,那么在open的时候选择O_SYNC选项,或者调用fsync函数
6.随机存取:fseek()、ftell()和lseek()
标准I/O使用fseek和ftell用于文件的随机存取,先看看fseek函数原型
intfseek(FILE*stream,longoffset,intwhence);
第一个参数是文件指针,第二个参数是一个long类型的偏移量(offset),表示从起始点开始移动的距离。第三个参数就是用于指定起始点的模式,stdio.h指定了下列模式常量:
SEEK_SET文件开始处
SEEK_CUR当前位置
SEEK_END文件结尾处
看几个调用例子:
fseek(fp,0L,SEEK_SET);//找到文件的开始处
fseek(fp,0L,SEEK_END);//定位到文件结尾处
fseek(fp,2L,SEEK_CUR);//文件当前位置向前移动2个字节数
而ftell函数用于返回文件的当前位置,返回类型是一个long类型,比如下面的调用:
fseek(fp,0L,SEEK_END);//定位到结尾
longlast=ftell(fp);//返回当前位置
那么此时的last就是文件指针fp指向的文件的字节数。
与标准I/O类似,Linux系统提供了lseek来完成fseek的功能,原型如下:
off_tlseek(intfildes,off_toffset,intwhence);
fildes是文件描述符,而offset也是偏移量,whence同样是指定起始点模式,唯一的不同是lseek有返回值,如果成功就返回指针变化前的位置,否则返回-1。因此可以通过下列方法模拟ftell函数来返回当前偏移量:
off_tcurrpos;
currpos=lseek(fd,0,SEEK_CUR);
whence的取值与fseek相同:SEEK_SET,SEEK_CUR,SEEK_END,但也可以用整数0,1,2相应代替。
最后,以一个例子结尾,通过c语言编写linux系统的cp指令,先看看使用标准I/O版本的:
#include<stdio.h style="box-sizing: border-box;">
#include<stdlib.h style="box-sizing: border-box;">
voidoops(char*,char*);
intmain(intac,char*av[])
{
FILE*in,*out;
intch;
if(ac!=3){
fprintf(stderr,"Useage:%ssource-filetarget-file.\n",av[0]);
exit(1);
}
if((in=fopen(av[1],"r"))==NULL)
oops("cannotopen",av[1]);
if((out=fopen(av[2],"w"))==NULL)
oops("cannotopen",av[2]);
while((ch=getc(in))!=EOF)
putc(ch,out);
if(fclose(in)!=0||fclose(out)!=0)
oops("cannotclosefiles.\n","");
return0;
}
voidoops(char*s1,char*s2)
{
fprintf(stderr,"Error:%s%s\n",s1,s2);
exit(1);
}
再看一个使用Linuxio的版本:
#include<unistd.h style="box-sizing: border-box;">
#include<stdio.h style="box-sizing: border-box;">
#include<fcntl.h style="box-sizing: border-box;">
#defineBUFFERSIZE4096
#defineCOPYMODE0644
voidoops(char*,char*);
intmain(intac,char*av[])
{
intin_fd,out_fd,n_chars;
charbuf[BUFFERSIZE];
if(ac!=3){
fprintf(stderr,"useage:%ssource-filetarget-file.\n",av[0]);
exit(1);
}
if((in_fd=open(av[1],O_RDONLY))==-1)
oops("Can&#39;topen",av[1]);
if((out_fd=creat(av[2],COPYMODE))==-1)
oops("Can&#39;topen",av[2]);
while((n_chars=read(in_fd,buf,BUFFERSIZE))>0)
if(write(out_fd,buf,n_chars)!=n_chars)
oops("Writeerrorto",av[2]);
if(n_chars==-1)
oops("Readerrorfrom",av[1]);
if(close(in_fd)==-1||close(out_fd)==-1)
oops("Errorclosingfiles","");
return0;
}
voidoops(char*s1,char*s2)
{
fprintf(stderr,"Error:%s",s1);
perror(s2);
exit(1);
}
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