Linux编程学习笔记 | Linux IO学习[2] - 标准
在上一篇Linux编程学习笔记 | Linux IO学习[1] - 文件IO中，我总结了Linux下的文件IO。文件IO是偏底层的IO操作，在平时的日常工作中，使用文件IO的频率还是比较低的。我们每天使用的 printf() 就不是文件IO，而是另一类IO - 标准IO。在这篇文章中，我将介绍Linux下的标准IO并通过实例来说明如何使用它们。
标准IO库
要使用标准IO库，需要包含头文件 <stdio.h> 。该库为用户创建了一个连接底层系统调用的通用接口，它是ANSI C标准制定的库，因此具有可移植性（文件IO是基于Unix的POSIX标准，不可移植到Windows）。同文件IO类似，它需要先打开一个文件以建立一个访问途径，文件IO的访问途径是通过文件描述符，标准IO的访问途径是流（stream），它被实现为指向结构FILE的指针。
同文件IO类似，在程序启动时也有3个默认的文件流：
| 标准流 | 变量或宏 | 说明 |
|---|---|---|
| 0 | stdin | 标准输入 |
| 1 | stdout | 标准输出 |
| 2 | stderr | 标准错误输出 |
标准IO基本操作
标准IO的函数相对文件IO来说要多很多，我这里主要介绍13个标准IO函数。
打开/创建文件流
fopen() 和文件IO中的 open() 类似，用于打开文件流，函数说明如下：
FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict mode);
args:
const char *restrict pathname: 文件的路径
const char *restrict mode : 文件打开的模式
return:
返回指向文件的指针，指针不为NULL是成功，指针为NULL是失败
文件打开的模式有以下6种：
1. "r" or "rb" : 以只读形式打开文(文件必须存在)
2. "w" or "wb" : 以写方式打开文件并将文件长度截为0或创建一个供写的文件
3. "a" or "ab" : 以写方式打开文件并将内容写到文件末或创建一个文件
4. "r+" or "rb+" or "r+b" : 以更新的方式(读/写)打开文件(文件必须存在)
5. "w+" or "wb+" or "w+b" : 以更新的方式(读/写)打开文件并将文件长度截为0或创建一个文件
6. "a+" or "ab+" or "a+b" : 以更新的方式(读/写)打开文件并将更新内容写到文件末或创建一个文件
fopen() 和 open() 不同， fopen() 并不能在创建文件时改变其访问权限。
关闭文件流
fclose() 和文件IO中的 close() 类似，用于关闭文件流，函数说明如下：
int fclose(FILE *stream);
args:
FILE *stream: 指向被关闭文件的指针
return:
关闭文件成功返回0，关闭文件失败返回而EOF
我们来看第一个例子，文件的打开和关闭：
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE *fp;
//fp = fopen("stdio.log", "r+");
fp = fopen("stdio.log", "w+");
if (fp == NULL) {
printf("File create fail...\n");
return -1;
} else {
printf("File create success...\n");
}
fclose(fp);
return 0;
}
运行结果:
新建一个叫 stdio.log 的文件，并输出
File create success...
如果我们注释掉第8行，去掉第7行的注释，那么将输出
File create fail... 。
修改文件流读写偏移量
fseek() 和文件IO中的 lseek() 类似，用于修改文件流读写的偏移量，函数说明如下：
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
args:
FILE *stream: 指向文件的文件指针
long offset : 偏移量移动的距离
int whence : 偏移量的基址
- SEEK_SET 文件开始处
- SEEK_CUR 文件当前位置
- SEEK_END 文件结束处
return:
修改偏移量成功返回0, 修改偏移量失败返回-1
当 whence 是 SEEK_CUR 或 SEEK_END 时， offset 可正负。
写文件流
fwrite()
fwrite() 和文件IO中的 write() 类似，函数说明如下：
size_t fwrite(const void *restrict ptr, size_t size, size_t nitems, FILE *restrict stream);
args:
const void *restrict ptr: 写入数据在内存空间存储的地址
size_t size : 单个元素的大小
size_t nitems : 写入数据元素的个数
FILE *restrict stream : 指向写入文件的文件指针
return:
实际写入的元素个数，非负整数是成功，-1是失败
fputs()
fputs() 将字符串(不包括 `\0` )写入文件，函数说明如下：
int fputs(const char *restrict s, FILE *restrict stream);
args:
const char *restrict s: 写入的字符串
FILE *restrict stream : 指向写入文件的文件指针
return:
写入文件的状态，非负整数是成功，EOF是失败
puts()
puts() 将字符串(不包括 `\0` )写入 stdout ,并在行末添加一个换行符，函数说明如下：
int puts(const char *s);
args:
const char *s: 写入的字符串
return:
写出到stdio的状态，非负整数是成功，EOF是失败
fputc()
fputc() 将一个字符写入文件，函数说明如下：
int fputc(int c, FILE *stream);
args:
int char : 要写入的字符
FILE *stream: 指向写入文件的文件指针
return:
如果没有错误，返回写入的字符，否则返回EOF
putc()
putc() 和 fputc() 基本一样，只不过 putc() 是用宏实现而 fputc 是用函数实现。
int putc(int c, FILE *stream);
args:
int c : 要写入的字符
FILE *stream: 指向写入文件的文件指针
return:
如果没有错误，返回写入的字符，否则返回EOF
我们通过例子来看看上面这几个函数的使用方法：
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE *fp;
fp = fopen("stdio.log", "w+");
if (fp == NULL) {
printf("File create fail...\n");
return -1;
} else {
printf("File create success...\n");
}
/* fwrite() function */
char buffer_1[] = "This is fwrite DEMO...";
size_t wr_size = 0;
wr_size = fwrite(buffer_1, 1, sizeof(buffer_1), fp);
printf("wr_size = %d\n", wr_size);
/* fputs() function */
char buffer_2[] = "\nThis is fputs DEMO...\n";
int fputs_status = 0;
fputs_status = fputs(buffer_2, fp);
printf("fputs_status = %d\n", wr_size);
/* puts function */
char buffer_3[] = "This is puts DEMO...";
puts(buffer_3);
/* fputc function */
char buffer_4[] = "This is fputc DEMO...\n";
int ret;
for (int i = 0; i < sizeof(buffer_4); i++) {
ret = fputc(buffer_4[i], fp);
printf("%c", ret);
}
/* putc function */
char buffer_5[] = "This is putc DEMO...\n";
for (int i = 0; i < sizeof(buffer_5); i++) {
ret = fputc(buffer_5[i], fp);
printf("%c", ret);
}
fclose(fp);
return 0;
}
运行结果：
在生成的 std_io.log 文件中会输出以下内容，其中 @^ 就是 `\0`
This is fwrite DEMO...^@
This is fputs DEMO...
This is fputc DEMO...
^@This is putc DEMO...
^@
注意 fputs 函数并没有输出 `\0` 。在终端会输出：
File create success...
wr_size = 23
fputs_status = 23
This is puts DEMO...
This is fputc DEMO...
This is putc DEMO...
puts 函数直接将字符串输出到 stdio 。
读文件流
fread()
fread() 和文件IO中的 read() 类似，函数说明如下：
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
args:
void *ptr : 读取数据存储的内存空间的地址
size_t size : 单个元素的大小
size_t nmemb: 读取数据元素的个数
FILE *stream: 指向读取文件的文件指针
return:
实际读取的元素个数，非负整数是成功，-1是失败
fgets()
fgets() 用于读取文件中的字符串，然后将其存储到内存空间，函数说明如下：
char *fgets(char *restrict s, int n, FILE *restrict stream);
args:
char *restrict s : 读取后字符串存储的内存空间地址
int n : 最大读取字符数
FILE *restrict stream: 指向读取文件的文件指针
return:
如果读取没有错误且没有读入EOF，返回写入的字符串
如果读取没有错误但读入EOF，返回NULL指针
如果读取出现错误，返回NULL指针
这里需要注意下该函数将在何时停止读取:
如果读取的字符数量达到 n - 1 ，或读取了换行符，或读取了字符串结束符，只要有一个满足则该函数会停止继续读取。
gets()
gets() 从 stdin 中读取字符串并存放在内存中，函数说明如下：
char *gets(char *s);
args:
char *s: 读取后字符串存储的内存空间地址
return:
如果读取没有错误且没有读入EOF，返回读取的字符串
如果读取没有错误但读入EOF，返回NULL指针
如果读取出现错误，返回NULL指针
读取操作将在读入换行符或EOF后结束。
fgetc()
fgetc() 从一个文件读取一个字符，函数说明如下：
int fgetc(FILE *stream);
args:
FILE *stream: 指向读取文件的文件指针
return:
如果读取没有错误且没有读入EOF，返回读取的字符
如果读取没有错误但读入EOF，返回EOF
如果读取出现错误，返回EOF
getc()
getc() 和 fgetc() 基本一样，只不过 getc() 是用宏实现而 fgetc() 是用函数实现。
int getc(FILE *stream);
args:
FILE *stream: 指向读取文件的文件指针
return:
如果读取没有错误且没有读入EOF，返回读取的字符
如果读取没有错误但读入EOF，返回EOF
如果读取出现错误，返回EOF
说完了读操作的函数，我们也通过一个例子来看看如何使用这些函数：
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
FILE *fp;
fp = fopen("stdio.log", "r+");
if (fp == NULL) {
printf("File open fail...\n");
return -1;
} else {
printf("File open success...\n");
}
/* fread() function */
char buffer_1[50];
size_t rd_size = 0;
rd_size = fread(buffer_1, 1, 24, fp);
printf("rd_size = %d\n", rd_size);
printf("fread get: %s\n", buffer_1);
/* fgets() function */
char buffer_2[50];
char *fgets_status;
fgets_status = fgets(buffer_2, 23, fp);
printf("fgets_status = %s", fgets_status);
printf("fgets get: %s", buffer_2);
/* gets function */
char buffer_3[50];
gets(buffer_3);
printf("gets get: %s", buffer_3);
/* fgetc function */
int ret;
while ((ret = fgetc(fp)) != EOF)
printf("%c", ret);
fclose(fp);
return 0;
}
在编译过程中，编译器会警告:
warning: implicit declaration of function ‘gets’ [-Wimplicit-function-declaration]
gets(buffer_3);
^~~~
/tmp/cc3YWk3i.o: In function `main':
fread_get.c:(.text+0x11d): warning: the `gets' function is dangerous and should not be used.
因为 gets() 函数过于危险，在C11中的 <stdio.h> 已经不再包含 gets() 函数，因此会出现这个警告。
运行结果：
要读取的文件是之前写函数生成的 stdio.log 文件，终端输出如下。
File open success...
rd_size = 24
fread get: This is fwrite DEMO...
fgets_status = This is fputs DEMO...
fgets get: This is fputs DEMO...
test
gets get: testThis is fputc DEMO...
This is putc DEMO...
总结
这篇文章主要介绍了如何使用几个基本的标准IO函数对文件进行操作，相对于文件IO而言，标准IO使用更方便，并且支持跨平台使用。同时在传输大文件时，标准IO也不比文件IO慢。文中出现的代码都可在我的github上找到。
如果觉得本文对你有帮助，请多多点赞支持，谢谢！
