2016-02-01
标准io
标准io处理了很多细节，例如缓存分配，优化长度执行io等。
流和file对象
之前我们了解所有的io函数都是针对于文件描述符的，而对于标准io，他们的操作是围绕流进行的。当用表针io库打开或者创建一个文件时，我们已经使得一个流与一个文件相结合。
当打开一个流时，标准io函数fopen返回一个指向FILE对象的指针。该对象是一个结构它包含了io库为管理该流所需要的所有信息：文件描述符，指向流缓存的指针，缓存的长度，当前在缓存中的字符数，出错标志等等
标准输入、标准输出和标准出错
对于一个进程预定义了三个流他们自动的可为进程使用：标准输入、标准输出、和标准出错。这三个标准io流同于预定义文件指针stdin,stdout,stderr加以引用。这三个文件指针同样定义在头文件<stdio.h>中
缓存
标准io提供缓存的目的是尽可能减少使用read和write调用的数量。它也对每个io流自动地今次那个缓存管理，避免了应用程序需要考虑这一点带来的麻烦。它提供三种类型的缓存
- 全缓存。这种情况下，当填满标准io缓存后才进行实际io操作。对于驻在磁盘上的文件通常是由标准io库实施全缓存。在一个流上执行第一次io操作时，相关标准io函数通常调用malloc获取使用的缓存。缓存可由标准io例程自动执行刷新（例如当填满一个缓存）或者可以调用fflush刷新一个流。
- 行缓存。这种情况下，当输入和输出中遇到新行标准（或者缓存区写满）io库执行io操作。这允许我们一次输出一个字符，但只有在写了一行后才进行实际的io操作。当流设计一个终端时，典型地使用行缓存。
任何时候只要通过标准输入输出库要求从一个不带缓存的流或者一个行缓存流得到数据，那么就会造成刷新所有行缓存流 - 不带缓存。标准io库不对字符进行缓存。如果用标准io函数写若干字符到不带缓存的流中，则相当于用write系统调用函数将这些字符写至相关联的打开文件上。标准出错流不带缓存，使得错误信息尽快显示出来。ANSIC要求：当且仅当标准输入和输出并不涉及交互作用设备时，他们才是全缓存的。标准出错时全缓存的。
对于任何一个给定的流，如果我们并不喜欢这些系统默认，则可以调用下列函数更改缓存类型
#include <stdio.h>
void setbuf(FILE *fp, char *buf);
int setvbuf(FILE *fp, char *buf, int mode, size_t size) mode _IOFBF 全缓存 _IOLBF 行缓存 _IONBF不带缓存
这些函数一定要在流已被打开后调用，而且也应在对流执行任何一个其他操作之前调用
如果指定一个不带缓存的流则忽略buf和size。如果指定全缓存或者行缓存，则buf和size可以可选地指定一个缓存及其长度。
一般而言我们应由系统选择缓存长度，并自动分配缓存。这样处理是，标准io库在关闭此流时将自动释放此缓存。
任何时候，我们可以强制刷新一个流。
#include<stdio.h>
int fflush(FILE *fp)
此函数使该流所有未写的数据都被传递至内核.fp 为NULL刷新所有输出流。
打开流
FILE *fopen(const char *pathname, const char *type)
FILE *freopen(const char *pathname, const char *type, FILE *fp)
FILE *fdopen(int filedes, const char *type)
freopen在一个特定的流上打开一个指定的文件，如果该流已经打开则先关闭。此函数一般用于讲一个指定的文件大开卫一个预定义的流。
fdopen 去一个现存的文件描述符，并使一个标准io流与该描述符相结合。此函数通常用于由创建管道和网络通信函数获得的描述符。因为这些特殊类型的文件不能用标准io fopen打开必须先调用设备专用函数获得一个文件描述符，然后调用fdopen使一个标准io与该描述符结合。type指定io流的读写方式。
对于fdopen ,type参数中因为描述符已经打开，所以fdopen为写打开并不截短文件。另外标准io添加方式也不能用于创建文件。当添加类型打开一个文件后，则每次都将数据写到文件的当前结尾，如若有多个进程用都采用这种模式打开同一文件，那么来自每个进程的数据都将正确写到文件中。
当以读写类型打开一个文件时，如果中间没有fflush,fseek fsetpos 或者rewind则输入后面不能直接输出，且输出后面不能直接输入
调用fclose关闭一个打开的流
在该文件关闭之前，刷新缓存中的输出数据，缓存中的输入数据被丢弃，如果是自动分配的缓存，则释放此缓存。
读写流
一旦打开了流，则可以在三种不同类型的非格式化io中进行选择
- 每次一个字符的io。一次读写一个字符，如果流带缓存，则标准io处理所有缓存
- 每次一行的io，使用fgets和fputs一次读写一行，当调用fgets时应说明能处理的he最大行长
- fread 和 fwrite函数支持这种类型的io，每次io操作或写某种数量的对象，而每个对象有指定的长度。
输入函数
以下三个函数可以用于一次读一个字符
#include<stdio.h>
int getc(FILE *fp)
int fgetc(FILE *fp)
int getchar(void)
函数getchar等同于getc前两个函数的区别是getc可被实现为宏，而fgetc则不能实现为宏这意味着：
1、getc参数不应当是具有副作用的表达式
2、因为fgetc一定是一个函数，所以可以得到其地址。这就允许将fgetc的地址作为一个参数传递给另一个函数
3、调用fgetc所需的时间可能长于getc因为调用函数通常所需的时间长于调用宏。检验下<stdio.h>头文件的大多数实现从中可以见getc是一个宏，其编码就有较高的工作效率。
这三个函数以unsigned char 类型转换为int的方式返回下一个字符。说明为不带符号的理由是，如果最高位1也不会使返回值为负。要求整型返回值的理由是，这样就可以返回所有可能的字符再加上一个已发生错误或者已到达文件结尾的指示值。由于EOF经常为-1.这就意味着不能将这三个函数的返回值放在一个字符变量中，还要将返回值与EOF进行比较。不管出错还是到达文件结尾三个函数返回同样值，为了区分这两种情况必须调用ferror或者feof.clearerr函数清除这两个标识
从一个流读之后，可以调用ungetc将字符再送回流中。虽然ANSI C支持任意数量字符送回的实现，但是它要求任何一种实现都要支持一个字符的回送功能。一次成功的送回会清除EOF标识
输出函数
int putc(int c , FILE *fp)
int fputc(int c, FILE *fp)
int putchar(int c);
若成功则返回c出错则为EOF
每次一行io
char *fgets(char *buf, int n, FILE *fp)
char *gets(char *buf)
这两个函数都制定了缓存地址读入的行将送入其中，gets从标准输入读，而fgets从指定流读取。对于fgets必须指定缓存的长度n，此函数一直读到下一个新行为止，但不超过n-1如果读不完下次继续本行。
fputs(const char *strr, FILE *fp)
puts(const char *str)
函数fputs将一个以null符终止的字符串写到指定流，终止符null补写出。fputs并不一定产生一个新行。puts一定会产生一个新行
二进制io
如果为二进制io我们更愿意一次读或者写整个结构。
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *fp)
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *fp)
eg:读写一个二进制数
float data[10]
if (fwrite(&data[2], sizeof(float), 4, fp) != 4)
err_sys("fwrite error");
读写一个结构
struct{
short count;
long total;
char name[NAMESIZE];
} item;
if (fwrite(&item, sizeof(item), 1, fp) != 1)
error_sys("fwrite error");
在不同系统之间交换二进制数据的实际解决方法是使用较高层的协议
定位流
有两种方法定位标准io流
- ftell和fseek它们都假定文件的位置可以存放在一个长整型中。
- fgetpos和fsetpos。这两个函数引进了一个新的数据类型fpos_t。要移植到非unix系统上的应用应当使用fgetpos和fsetpos
long ftell(FILE *fp)
int fseek(FILE *fp, long offset, int whence) whence SEEK_SET文件起始位置 SEEK_CUR表示从当前文件位置，SEEK_END文件结尾
void rewind(FILE *fp)
对于一个二进制文件，其位置指示器是从文件起始位置开始度量，并以字节为计量单位。
rewind将一个流设置到文件起始位置
int fgetpos(FILE *fp, fpos_t *pos)
int fsetpos(FILE *fp, jconst fpos_t *pos) 成功返回0
格式化io
格式化输出
执行格式化输出处理的是三个printf函数
int printf(const char *format, ...)
int fprintf(FILE *fp, const char *format, ...)
int sprintf(char *buf, const char *format, ...)
printf将格式化数据写到标准输出， fprintf写到指定流， sprintf将格式化的字符送入数组buf中，sprintf在改数组的尾端自动添加一个null
格式化输入
int scanf(const char *format, ...)
int fscanf(FILE *fp, const char *format)
int sscanf(const char *buf, const char *format, ...)
实现细节
每个io流都有一个与其关联的文件描述符，可以对一个流调用fileno以获得其描述符
int fileno(FILE *fp)
如果要调用dup 或 fcntl等函数，则需要此函数
临时文件
标准库提供了两个函数以帮助创建临时文件
char *tmpnam(char *ptr)
FILE *tmpfile(coid)
tmpnam产生一个与现在文件名不同的一个有效路径名字字符串，每次调用都产生一个不同路径名。
tmpfile创建一个临时二进制文件，在关闭该文件或者程序结束时将自动删除这种文件
tempnam是tmpnam的一个变体，它允许调用者为所产生的路径名指定目录和前缀。
char *tempnam(const char * directory, const char *prefix)
对于目录：
- 如果定义了环境变量TMPDIR则用其作为目录
- 如果参数directory非NULL,则用其作为目录
- 将<stdio.h>中的字符串P_tmpdir用作为目录
- 将本地目录，通常是/tmp用作目录
如果prefix非NULL，则他应该是最多5个字符的字符串，其用作文件名的头几个字符
标准io替代软件
标准io中一个效率不足之处是需要复制的数据量，当使用每次一行函数fgets和fgets时通常需要重复复制两次数据：一次是内核和标准io缓存之间，一个是在标准io缓存和用户程序中的行缓存中，fio（快速io库）避免了这一点，其方法是使杜一航的函数返回指向改行的指针。Korn和Vo说明了标准io库的另一种替代版，sfio.这一软件包速度上与fio相近，通常快于标准io。sfio提供了一些新的特征：推广了io流，使其不仅可以代表文件，也可代表存储区，可以编写处理模块并以栈的方式将其压入io流。
