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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。
( c1 O. w- l% w  J1 i6 EANSIC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)。2 G, o  ^2 C' ~# g
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。
, K; b" i4 D; u: y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。2 `! B; _3 [: C+ j7 U
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。
5 j! g# Q0 ~1 k1.fopen与open& b; I( {+ _5 l  a# x  a
标准I/O使用fopen函数打开一个文件:" R1 I; B$ r7 B- R
FILE*fp=fopen(constchar*path,constchar*mod)2 u" Y9 x$ w8 K
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。! {: v, ^/ t- C. _. o' a9 R
Linux系统使用open函数用于打开一个文件:
) x( h+ z/ C8 l0 ~  i7 i3 Lintfd=open(char*name,inthow);. t, d2 K: b+ w
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。
  ^* P+ n1 d, {6 r, G0 ]& N. G0 ?2.fclose与close4 q1 m/ p& `" ?7 [/ d) `# |0 M
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
  b) S& ?' U0 }& N' R比如:7 z& E& _+ m( _) M3 ~
if(fclose(fp)!=0)1 v8 X& |# g7 O! Z
printf("Errorinclosingfile");
/ H2 a9 {; ~# u4 v- C) a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。9 K3 e# e$ G0 i. j' f
3.读文件,getc,fscanf,fgets和read% }) _: l1 q# @6 B3 W
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:7 w7 t  x: y8 J
char*fgets(char*s,intsize,FILE*stream);* ^! ~" R; K" [/ ^; q5 M5 Z3 {; ~
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)/ M$ u5 e0 [5 `
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:
& e$ Z, o& {; Gssize_tnumread=read(intfd,void*buf,size_tqty);0 S  |' @- G# {* ?) }+ H( D( P
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)。: `- `3 {" d2 a5 o! ~
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.
* b6 |4 }. }5 F5 d5.写文件:putc,fputs,fprintf和write' y5 M# H2 n0 W/ b' ]5 X1 i! f) B
与读文件相对应的,标准C语言I/O使用putc写入字符,比如:+ T% e7 K- _2 L
putc(ch,fp);0 a( Y; l" ]8 |3 h5 r
第一个参数是字符,第二个是文件指针。而fputs与此类似:! X% W% z/ f, X6 ^$ X* f
fputs(buf,fp);$ y; e# M: f3 M" I0 R
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:) R6 _: ^( Q' P  f8 C3 J9 h6 j9 `
fprintf(stdout,"Hello%s.\n","dennis");5 m% W, i0 g9 x" C! R2 O2 Y- ^
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。
; @8 Y( v1 U  {在系统中提供write函数用于写入文件,原型与read类似:* |; b1 q* I5 e
ssize_tresult=write(intfd,void*buf,size_tamt);
$ w, e: M( p, [& q4 Ufd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' Q* {+ o' w. m! _$ ]9 G; p7 V% t
6.随机存取:fseek()、ftell()和lseek()# x# V- b5 m  x' A. p1 O5 n% A
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; U2 a+ n: O& x  I
intfseek(FILE*stream,longoffset,intwhence);
& j# f8 y, P% t- E+ O% T' N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:/ S4 x; ~+ s# n0 W$ Z& T5 [
SEEK_SET文件开始处. {: j( ]9 ^0 }' i
SEEK_CUR当前位置
( l# D" C8 M8 E" J, |4 i+ OSEEK_END文件结尾处3 x/ o/ |# e' @6 B# b: f
看几个调用例子:
' t8 b" E; t6 ?' q2 Nfseek(fp,0L,SEEK_SET);//找到文件的开始处& `% Q- u6 F; a
fseek(fp,0L,SEEK_END);//定位到文件结尾处
# w/ q- Z) x: n6 d) u8 yfseek(fp,2L,SEEK_CUR);//文件当前位置向前移动2个字节数
* D( D( q- z; r" B9 ]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:! O! l" A0 ^7 l2 q
fseek(fp,0L,SEEK_END);//定位到结尾
5 s7 b6 g! h  o+ F+ xlonglast=ftell(fp);//返回当前位置2 X  H7 p8 U) S9 S6 b! a) d
那么此时的last就是文件指针fp指向的文件的字节数。9 L+ L& k* R% ^, P" I
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:
7 O8 Q2 t, V6 R* q$ s/ h# w8 m8 toff_tlseek(intfildes,off_toffset,intwhence);/ O8 f+ H" f1 m  X
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:
( z' w  }2 I) B+ V- N4 K  w5 m" foff_tcurrpos;
0 `" U! V! ~9 Y3 w7 Z& o+ ucurrpos=lseek(fd,0,SEEK_CUR);
& I9 C7 b$ P+ \8 C6 Kwhence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。% [0 Y9 E  \2 |$ O. P6 J/ a. Z% b
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:
4 e- v/ b! f) B6 t9 t) ~6 S  v#include<stdio.h style="box-sizing: border-box;">& {2 I5 i( |3 D; ^' {8 [2 n8 R1 ^
#include<stdlib.h style="box-sizing: border-box;">) _. \4 n7 C6 ]
voidoops(char*,char*);
$ [1 H% h" n* l0 Fintmain(intac,char*av[])
' |# N. H- h1 y% M% Q{
5 M: h+ Q7 G# i6 IFILE*in,*out;
3 @! D1 y/ }- ]$ _intch;) A. }2 A8 o* _2 U3 e: g3 H
if(ac!=3){0 R$ J1 ]. h0 C2 q  \* |8 L
fprintf(stderr,"Useage:%ssource-filetarget-file.\n",av[0]);
) K4 y3 X4 u* |% {% Wexit(1);) j8 b2 G; X5 c! `
}
5 p7 n, n0 z) fif((in=fopen(av[1],"r"))==NULL)/ W5 |; D3 Q: H7 k3 b  |& \0 E; w' l: E
oops("cannotopen",av[1]);, M1 e+ ^  F. V1 z$ y* ?# k$ A
if((out=fopen(av[2],"w"))==NULL)
9 t8 @7 z9 W/ j$ k( eoops("cannotopen",av[2]);
7 l6 a4 M' h4 Uwhile((ch=getc(in))!=EOF)
* k" z6 i% O+ F3 K8 {0 R9 Hputc(ch,out);8 p& I8 P' z$ a; J: f# d
if(fclose(in)!=0||fclose(out)!=0)
" T; F  D1 e3 @) r: [. o/ uoops("cannotclosefiles.\n","");
& E% r* x" R  y5 ]2 Yreturn0;3 I7 v! m. N! H1 [7 G' _4 p4 ?. k
}; }& ?" \% I* L/ f  |
voidoops(char*s1,char*s2)
; e% d! M4 L: ^/ f. t{
$ q) P  U* S; t5 J0 l/ f- vfprintf(stderr,"Error:%s%s\n",s1,s2);1 _  K8 c+ h3 W" Q5 {( y
exit(1);
/ m3 {' L  E  f% k}" k3 b$ U3 \$ j2 r9 T
再看一个使用Linuxio的版本:
0 `) z4 i  G: `/ l9 }" M' y5 I0 ~#include<unistd.h style="box-sizing: border-box;">
3 h, n/ r* d/ _' ~$ }- ?#include<stdio.h style="box-sizing: border-box;">
2 `% d/ e5 l) L#include<fcntl.h style="box-sizing: border-box;">, `6 V7 q( H8 F5 \
#defineBUFFERSIZE4096
9 S" c* J8 R& s/ C#defineCOPYMODE06444 S1 M, i4 U  r: ?/ O& G$ x) V
voidoops(char*,char*);
; t% K: ~$ i6 ]3 |# n- Jintmain(intac,char*av[])
% x( w2 h. `) x2 O1 f& G3 ?7 v. K+ p{
) V2 u7 _7 I: D2 k& iintin_fd,out_fd,n_chars;, t, y- O# `" f- P# p# G0 T9 z& U
charbuf[BUFFERSIZE];
' C9 d' W0 v# x* Z: oif(ac!=3){
+ M; v$ }7 H3 y$ p& K3 jfprintf(stderr,"useage:%ssource-filetarget-file.\n",av[0]);
( b9 [. e7 u& |! Q2 M$ `exit(1);
$ l7 F" M( A  X' ^}
3 ?, |* g% n. tif((in_fd=open(av[1],O_RDONLY))==-1)
! N  X* }3 X5 O  ooops("Can&#39;topen",av[1]);2 x) V  F3 A# }' h+ C3 m2 @3 d
if((out_fd=creat(av[2],COPYMODE))==-1)
6 G. e/ M7 J/ u( {: L4 Ooops("Can&#39;topen",av[2]);
- N8 q+ C% S5 ~while((n_chars=read(in_fd,buf,BUFFERSIZE))>0)
% I* D. k1 g2 }6 W. [if(write(out_fd,buf,n_chars)!=n_chars)" D; g& N0 ~9 v
oops("Writeerrorto",av[2]);
9 V- p9 q1 w" _% s$ M8 C7 Gif(n_chars==-1)
+ a1 n" x. l$ Z4 c$ toops("Readerrorfrom",av[1]);+ E5 {0 ?1 N2 a0 d; e  a/ P
if(close(in_fd)==-1||close(out_fd)==-1)
3 d- M0 ], W. j( `oops("Errorclosingfiles","");- T1 f! C& c( i& @# L: V
return0;
/ b& Q4 i1 Z9 \$ V6 \2 D}+ g3 x9 S7 Z7 o
voidoops(char*s1,char*s2)
. p# s; C! p6 K2 c4 M{
9 W' }8 x6 L- h: ?. i6 a0 cfprintf(stderr,"Error:%s",s1);
; B' m) o% ?  k6 Cperror(s2);# Q$ _" j4 x/ ?4 |7 p' i) o
exit(1);" s' n! T+ q# n5 S7 k! G
}

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