APUE标准i/o

流和FILE对象

文件IO的所有操作都是基于文件描述符fd，而标准IO的所有操作都是围绕流进行的。当用标准I/O库打开或创建一个文件时，我们使一个流和一个文件关联

标准输入，标准输出，标准出错

对每个进程预定于流三个流，他们是STDIN_FILENO，STDOUT_FILENO，STDERR_FILENO

缓冲

标准I/O库提供缓冲对目的是尽可能对减少使用read/write系统调用的次数，它对每个I/O流自动地进行缓冲管理。
标准I/O提供三种形式的流管理

• 全缓冲
  在填满缓冲区后才进行I/O,可以手动调用fflush手动缓冲，
• 行缓冲
  当I/O 中携带遇到换行符是，才进行I/O操作，这允许我们一次写入一个字符。当流涉及终端时，通常使用行缓冲。行缓冲的长度通常是固定的，当超过缓冲区长度后，也会进行I/O操作。任何时候只要通过标准I/O库要求从一个1）不带缓冲的流，或2）行缓冲的流得到输入数据，都将冲洗所有行缓冲输出流。
• 不缓冲
  不对字符进行缓冲存储，标准错误通常不缓冲。

更改流的缓冲类型

#include<stdio.h>
void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf);
int  setvbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);
    #成功返回0，出错返回非0值
    #关闭缓冲，将buf设置为NULL,
    #setvbuf,可以精确制定缓冲类型，使用mode=(_IOFBF,_IOLBF,_IONBF),如果不缓冲，忽略buf和size参数，如果制定行缓冲和全缓冲，需要制定相应的缓冲区以及长度
int fflush(FILE *fp) #冲洗缓冲区

打开流

  #include <stdio.h>
 FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type)
#打开一个指定文件
 FILE freopen(const char *restrict pathname,const char *restrict type, FILE *restrict fp)
#在指定流fp上打开指定文件，若该流已打开，则先关闭该流。。若该流已经重定向，则清楚该定向。
 FILE fdopen(int fileds, const char *type)
#获取一个现有文件描述符，，并是一个标准I/O流与该文件描述符结合.常用于由创建管道和网络通信通道函数返回的描述符。
    #成功返回文件指针，出错返回NULL
int fclose(FILE *fp)
    #成功返回0,出错返回EOF 

type通常指 r,w,a...
当以读写类型(r+，w+)打开文件时，具有下列限制

• 如果中间没有fflush,fseek,fsetpos,rewind,则在输出后不能直接跟随输入
• 如果中间没有fseek,fsetpos或rewind，或者一个输入操作没有到达文件尾端，则在输入操作后不能直接跟随输出。

在文件关闭之前，会冲洗缓冲区的所有数据，丢弃缓冲区中任何输入数据，如果标准I/O为该流自动分配了一个缓冲区，则释放此缓冲区。
当一个进程正常正常终止时，则所有未写缓冲数据的标准I/O流都会被冲洗，所有打开的I/O流都会被关闭。

读写一个字符

#include<stdio.h>
  int getc(File *fp)
  int fgetc(File *fp)
  int getchar(void)  = getc(stdin)  #从标准输入读
#若成功，则返回下一个字符，出错或达到文件尾端返回EOF
#未区分出错或到达文件尾端，可以使用如下函数
  int ferror(FILE *fp)
  int feof(FILE *fp)
  #条件为真返回非0，否则返回0
  void clearerr(FILE *fp)

每个流在FILE中维护两个标志

• 出错标志
• 文件结束标志
  调用clearerr可以清楚这两个标志。
  从流中读取数据后，可以使用ungetc将字符压回流中

#include<stdio.h>
int ungetc(int c, FILE *fp)
  #成功返回c,则出错返回EOF
  # 压送回的流可以被再次读出，但读出字符的顺序与压送回的顺序相反。
  #ungetc会清除该流的文件结束标记

每次一行I/O

#include<stdio.h>
char fgets(char *restrict buf, int n, FILE *fp)
#必须指定缓冲区的长度n，如果没有读到换行符，则读到n-1个字节为止。如果该行长度超过n-1，则fgets会返回不完整的行
char *gets(char *buf) #从标准输入读 
#gets不推荐使用，因为无法指定缓冲区长度，如果写入的内容大于缓冲区长度，会造成缓冲区溢出，写到缓冲区后面的空间中。
#成功返回buf，出错到文件末尾返回NULL

#include<stdio.h>
int fputs(const char* restrict buf, FILE *restrict fp)
#以null终止的字符串写入到指定的流，尾端终止符null不写出。
int puts(const char *str)
# 将以null符终止的字符串写到stdout,null终止符不写出，但是puts又将一个换行符写到stdout
#成功返回非负值，失败返回EOF

疑点：如何处理换行符
尽量使用fgets,fputs

标准I/O的效率

二进制I/O

  #include<stdio.h>
size_t fread(void *restrict ptt, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp)
size_t fwrite(const void *restrict ptr,size_t size, size_t nobj,FILE *restrict fp)
  #返回读或写的对象数

使用二进制io的时候，只能用于读在同一系统已写过的数据，无法对异构系统数据进行读写。

定位流

long ftell(FILE *fp)
  #返回值：若成功则返回当前未见位置指示，出错返回-1L
int fseek(FILE *fp, long offset, int whence)
  # 返回，若成功返回0，出错返回非0
void rewind(FILE *fp)

格式化I/O

#include<stdio.h>
int printf(const char *restrict format,...);
int fprintf(FILE *restrict fp, const char *restirct format ,...);
#写到指定的流
  #成功返回输出字符数，出错返回负值
int sprintf(char *restrict buf, const char *restrict format,...);
#将格式化字符写送入数组buf中，该函数存在buf指向的缓冲区溢出的风险，调用者有责任确保该缓冲区足够大。
int snprintf(char8restirct buf, size_t n, const char *restrict format,...)
#相较于上面的sprintf,该函数指定了缓冲区长度，如果超过长度的数据，会被丢弃。
  #成功返回存入数组的字符数，出错返回负值

总结：
标准io通过对文件i/o的封装，来进行输入输出操作，在操作对象上，标准io操作的对象是流，文件io操作的是文件描述符。
文件io每次read,write都调用内核中的系统调用，而标准io则通过缓冲区减少系统调用的次数。