标準IO

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标準IO
前言
一、為什麼需要标準IO
- - - - "檔案": 普通的文本檔案和二進制檔案
      - 文本檔案：無組織、無格式的檔案，以字元的ASCII碼等其他編碼來解析的檔案。
      - 二進制檔案：有特定格式的檔案。
      - 還提供了對"檔案"操作的接口函數：
      - 使用标準IO的實作過程：
      - 标準IO帶緩存的IO，IO流，它的效率要比系統IO要高,why?
      - beacase
      - 标準IO庫，會自動為每個程序，打開三個标準IO流(檔案)：
      - 标準輸入流：FILE *stdin
      - 标準輸出流: FILE *stdout
      - 标準出錯：FILE *stderr
二、标準IO的函數接口
- (1)标準IO打開或關閉一個檔案流
- - fopen
  - fclose:用來關閉指定的檔案流
- (2)讀寫流：一旦讀寫成功啦，光标會自動往後移n個位置(n就是你讀寫成功的位元組數)
- - (2.1)每次一個字元讀寫
  - (2.2)每次一行讀寫
  - (2.3)直接讀寫 fread/ fwrite
  - - fread
    - fwrite
  - (3)沖洗流 fflush，同步
- (4)定位流
- (5)檔案出錯/結束标記
- (6)格式化IO
- - (6.1)格式化輸入
總結

前言

一、為什麼需要标準IO

因為每個作業系統下面，對檔案的管理和接口是不一樣的。

linux:open/read/write/close…,struct file, struct inode

windows:winopen,winclose,…

同一個檔案，在不同的作業系統下面，我們的操作檔案的代碼都不一樣。

c語言标準委員會，就統一了檔案操作的接口

–》标準IO庫: 主要統一對檔案操作的接口

“檔案”: 普通的文本檔案和二進制檔案

文本檔案：無組織、無格式的檔案，以字元的ASCII碼等其他編碼來解析的檔案。

如：.txt .c .h .s .cpp .java …

二進制檔案：有特定格式的檔案。

如：.jpg .bmp .gif .mp3 .mp4

在标準IO庫，用結構體 FILE結構體來描述或表示一個檔案，然後在這個結構體中建立了兩個緩沖區(一段記憶體)，一個讀緩沖區，一個寫緩沖區

		FILE  
		{
			char *in; //指向讀的緩沖區
			char *out //指向寫的緩沖區 
		
		};

還提供了對"檔案"操作的接口函數：

fopen/fclose/fread/fwrite/fseek/…

puts/gets/fputs/fgets/scanf/printf…

使用标準IO的實作過程：

Your Code —>标準IO庫(如：fopen/fclose…) -->系統IO -->核心–>Hardware

FILE 有兩個緩沖區(标準IO庫中開辟的一段記憶體)

*in —> 讀的緩沖區

*out --> 寫的緩沖區

标準IO帶緩存的IO，IO流，它的效率要比系統IO要高,why?

beacase

系統IO： read 1byte 從硬碟中讀一個位元組出來

标準IO：

read 1byte,它會從硬碟上讀一塊(如：512byte)出來，放到标準IO緩沖區。(記憶體條)

标準IO：IO流，stream跟水流一樣，流走了就沒有了，讀走了就沒有了

緩沖：同步的問題。

緩沖區中的資料，何時同步到外設上去呢？

緩存區開多大呢？标準IO緩沖區有三種類型：行緩沖、全緩沖、無緩沖

行緩沖：緩沖區的資料達到一行，同步到外設上去。

假設你設定一行頂多80個位元組。遇到\n(稱換行符，一行結束的标志)就會把緩沖區中的資料同步到外設上去

printf —> 行緩存

			main()
			{
				printf("hello");
				while(1);
			
			}

此時在螢幕上沒有“hello”列印出來，因為沒有hello後面沒有‘\n’，hello一直在緩沖區中，并沒有把緩沖區中的資料同步到外設上去。

全緩沖：緩沖區中資料要填滿整個緩沖區，才同步到外設上去。

無緩沖：緩沖區中有一個位元組，就同步到外設上去。

perror --> 無緩沖

标準IO庫，會自動為每個程序，打開三個标準IO流(檔案)：

标準輸入流：FILE *stdin

stdin 是定義在<stdio.h>中的一個全局變量，它指向标準輸入裝置(一般為終端或鍵盤)

scanf() <-----stdin

标準輸出流: FILE *stdout

stdout是定義在<stdio.h>中的一個全局變量，它指向标準輸出裝置(控制台console,終端或螢幕)

printf() <----stdout

标準出錯：FILE *stderr

stderr是定義在<stdio.h>中的一個全局變量，它指向标準出錯裝置(一般為終端)

perror() <---- stdout

二、标準IO的函數接口

(1)标準IO打開或關閉一個檔案流

fopen

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

用來打開一個普通檔案(文本檔案/二進制檔案)

函數原型

FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);

函數參數

const char *pathname //要打開的那個檔案的檔案名

const char *mode //打開檔案的方式，有如下集中：

“r”: 隻讀打開。檔案不存在，則報錯；打開後，光标在開頭。

"r+": 讀寫打開。檔案不存在，則報錯；打開後，光标在開頭。

"w": 隻寫打開。檔案不存在，則建立；打開後，檔案内容截短(檔案内容被清掉)。

"w+": 讀寫打開。檔案不存在，則建立；打開後，檔案内容截短(檔案内容被清掉)

“a”: append 追加打開，檔案不存在，則建立；打開後，光标在末尾。檔案内容不會被截短。

“a+”:讀寫打開。檔案不存在，則建立。原始讀的位置在開頭，原始寫的位置在末尾

傳回值

成功：傳回打開檔案指針。 FILE *

在标準IO中，FILE *代表一個打開的檔案，後續标準IO庫的函數都需要要到它。

失敗：傳回NULL，同時errno被設定

fclose:用來關閉指定的檔案流

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

用來關閉stream指定的檔案流

函數原型

int fclose(FILE *stream);

函數參數

FILE *stream //要關閉的檔案的FILE *

傳回值

成功：傳回0

失敗：傳回-1，同時errno被設定

(2)讀寫流：一旦讀寫成功啦，光标會自動往後移n個位置(n就是你讀寫成功的位元組數)

a:每次讀一個字元讀寫

fgetc/getc/getchar

fput/putc/putchar

b:每次一行讀寫

fgets/gets

fputs/puts

c:直接讀寫，你想要讀多少個對象都可以

fread

rwrite

(2.1)每次一個字元讀寫

fgetc/getc/getchar

fput/putc/putchar

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

用來從stream指定的檔案流中，讀取一個字元。

函數原型

int fgetc(FILE *stream);

函數參數

FILE *stream //指定要從哪個檔案流中讀取字元

傳回值

成功：傳回讀到的那個字元的ASCII碼

失敗：傳回-1，同時errno被設定。

get和fget一樣，也是用來從stream指定的檔案流中，讀取一個字元。getc和fget的差別在哪裡？

fgetc是一個函數；

getc可能是用用來實作的

函數原型

int getc(FILE *stream);

getcha是用來從标準輸入流stdin中擷取一個字元，并把讀取到的字元的ASCII碼傳回。

函數原型

int getchar(void); 《==》 fgetc(stdin);

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

用來把c指定的字元，輸出到stream指定的檔案流中去，

函數原型

int fputc(int c, FILE *stream);

函數參數

int c //要輸出的字元的ASCII碼

FILE *stream //檔案流，表示輸出到哪個檔案中去。

傳回值

成功：傳回實際寫入到檔案流中的字元的ASCII碼(c值)

失敗：傳回-1，同時errno被設定。

putc與fputc功能與傳回值一樣，隻不過putc的實作可能是由宏來實作的

函數原型

int putc(int c, FILE *stream);

putchar用來把c指定的字元，輸出到"标準輸出流檔案中"

函數原型

int putchar(int c); 《==》 fputc(c,stdout);

(2.2)每次一行讀寫

fgets/gets

fputs/puts

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

用來從标準輸入流(stdin)擷取一行字元，存儲到s指向的記憶體空間中去。

函數原型

char *gets(char *s);

函數參數

char *s //指向的空間，用來存儲從輸入緩沖區擷取到的多個字元

傳回值

成功：非空 NULL

失敗：傳回NULL，同時errno被設定

注意：

gets有一巨大的bug，你懂的！！！

gets沒有考慮到s指向的空間的大小問題，存在越界的可能。是以從今天開始，gets你們就不要用啦。

fgets修正了gets的這個bug

函數功能

從stream所指向的檔案中讀取size個位元組大小的資料到s指向的空間中

函數原型

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);

函數參數

char *s //指向的空間用來儲存從檔案流中讀取的資料

int size //表示你要最多擷取size個位元組，size一般為s指向的

空間的可用長度。

fgets輸入結束有兩種情況：

(1)遇到\n或檔案結束

(2)已經讀取到size-1個位元組啦(後面留一個\0的位置)

FILE *stream //FILE *指針，表示從哪個檔案流中讀取資料

傳回值

成功：傳回s的首位址

失敗：傳回NULL，同時errno被設定

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

fputs用來把s指向的字元串，輸出到stream指定的檔案流中去

函數原型

int fputs(const char *s, FILE *stream);

函數參數

const char *s //指向要輸出的字元串的首位址

FILE *stream //表示要輸出到哪個檔案流中去

傳回值

成功：傳回一個非負數

失敗：傳回-1，同時errno被設定。

(2.3)直接讀寫 fread/ fwrite

fread

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

從stream指定的檔案流中，讀取nmemb個對象且每個對象size位元組，讀取到ptr指向的記憶體空間中去。

函數原型

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

函數參數

void *ptr //指向的記憶體空間，用來儲存從檔案流讀取到的"數組"

size_t size //每個元素占的位元組大小

size_t nmemb //要讀取的n個元素

FILE *stream //表示要從哪個檔案流中讀取資料

傳回值

成功：傳回實際讀取到的元素個數 <= nmemb

失敗：傳回-1，同時errno被設定。

fwrite

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

用來把ptr指向的nmemb個元素(每個元素占size位元組)寫入

到stream指向的檔案流中去。

函數原型

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb,FILE *stream);

函數參數

const void *ptr //要寫入的數組的首位址

size_t size //每個元素所占的大小

size_t nmemb //元素的個數

FILE *stream //表示要寫到哪個檔案流中去

傳回值

成功：傳回實際寫入到檔案流中去的元素個數， <= nmemb

失敗：傳回-1，同時errno被設定。

(3)沖洗流 fflush，同步

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

将緩沖區資料沖洗到對應的裝置上或者丢棄(同步到硬體裝置)

對輸出流，fflush把寫緩沖區的内容寫/更新到檔案中去;

對輸入流，fflush把讀緩沖區的内容直接discards(丢棄)；

strea為NULL，fflush把該程序所有打開的輸出流檔案同步

函數原型

int fflush(FILE *stream);

函數參數

FILE *stream //要同步的檔案流

傳回值

成功：傳回0

失敗：傳回-1，同時errno被設定。

練習：

請分析如下程式的輸出結果？

			main()
			{
				printf("hello"); //把hello寫到檔案 stdout的 輸出緩沖區
								 //中去了，但并沒有寫入到外設檔案中去
				sleep(10);
				
				fflush(NULL); //fflsh(stdout);  //if stream 輸出流，把輸出緩沖區的内容寫到
												//外設檔案中去 
												//if stream 輸入流，把輸入緩沖區的内容丢棄，這樣的話
												//你下次讀，就可以重新從外設檔案中讀啦
									
				while(1);				
			
			}

(4)定位流

上面講到的，fread/fwrite …隻是說要從哪個檔案，讀/寫多少個位元組的資料并沒有指定從檔案流的哪個位置開始讀寫，标志IO庫會為每個開打的檔案流儲存一個“檔案偏移量”

“檔案偏移量”：offset,“光标”。直接确定下一個讀/寫的起始位置。

一般來說，每次讀或寫之前，先要定位流

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

定位一個檔案的偏移量

函數原型

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

函數參數

FILE *stream //檔案流指針，表示你要定位哪個檔案

long offse //偏移量，可正可負；要結合第三個參數

int whence //從哪裡開始定位定位的方式，有如下三種：

SEEK_SET：基于檔案開頭定位

新光标位置 = 檔案開頭 + offset(>=0)

SEEK_CUR:current基于目前光标位置定位

新光标位置=目前位置 + offset(可正可負)

SEEK_END：基于檔案末尾定位

新光标位置=檔案末尾 + offset(可正可負)

傳回值

成功：傳回0

失敗：傳回-1，同時errno被設定。

ftell傳回目前光标位置離檔案開頭有多少位元組

函數原型

long ftell(FILE *stream);

rewind把檔案光标，定位在檔案開頭

函數原型

long ftell(FILE *stream);

rewind(stream) => fseek(stream, 0, SEEK_SET);

(5)檔案出錯/結束标記

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

判斷stream指定的檔案流是否結束

函數原型

int feof(FILE *stream);

函數參數

FILE *stream //填要判斷的檔案流

傳回值

如果傳回真(非0) 檔案到達末尾啦

如果傳回假(0) 該檔案還沒有到達末尾。

注意：

标準IO庫，在讀到檔案末尾時，會往緩沖區中填入一個EOF(二進制 11111111)

(6)格式化IO

(6.1)格式化輸入

scanf/sscanf/fscanf

“格式化輸入”？：按照我指定的格式來輸入。

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

按照我指定的格式來輸入

函數原型

int scanf(const char *format, …);

函數參數

const char *format，…

scanf可以帶很多個參數，scanf的參數可以分為兩類：

第一個參數為第一類，格式化字元串，format string:

"格式化字元串"就是告訴使用者怎麼輸入的，意思是你必須按照它指定的格式去輸入。

在“格式化字元串”中有三類字元：

a.空白符(space tab)

訓示使用者你可以輸入任意數量的空白符(包含0個)scanf把\n當作是輸入結束

b.非轉義字元(普通字元，除空白符和%以外的字元)精準比對，你得原樣輸入

c.轉義字元(以%開頭的字元)，有特殊含義：

%d -> [0-9]+

%c -> 比對一個字元(可以輸入的字元)

%f -> 浮點數

%s -> 字元串(不帶空白符，scanf把空白符當作是一個分割符号)

其他參數為第二類，位址清單：

格式化字元串中一個轉義字元會對應一個位址，把一個轉移字元的輸入存儲到指定的位址中去，如果轉移字元的個數多餘位址個數，程式行為将是 undefined(未定義的)

傳回值

成功比對的變量個數！！！

scanf擷取輸入時，如何結束？scanf從stdin的讀緩沖去中擷取輸入

a.該輸入的都輸入完了

sacnf(“abcd%d %cabcd”,&a,&c);

使用者輸入：

abcd1234Aabcd -> 該輸入的都輸入啦，scanf結束

b.失敗啦

scanf(“abcd%d %cabcd”,&a,&c);

使用者輸入：

ABCD-》scanf停止比對啦

例子：

int r;

int a;

char c;

r = scanf(“abcd%d %c”,&a,&c);

假設使用者入：

ABCD123 A

a=?

c=?

r=?

不比對是以a與c不是123與A ，r=0；

r = scanf("%d %c",&a,&c);

加入使用者輸入：

123B

a=123

c=B

r=2

sscanf它的功能與傳回值，和scanf一樣的，隻不過sscanf的輸入來源不是stdin，而str指向的字元串。

sscanf的參數有三類：

1.str是輸入來源字元串

2.format是格式化字元串

3.其他參數為位址清單

函數原型

int sscanf(const char *str, const char *format, …);

例子：

(1)char *str = “123456sdadwa”

int r;

int a;

char c;

r = sscanf(str, “%d %c”, &a,&c);

a=?

c=?

r=?

(2)

char *s = “123”;

int a;

sscanf(s,"%d",&a);

fscanf它的功能和傳回值，與scanf一樣，隻不過，fscanf它的輸入

來源不是stdin，而stream指定的檔案流，是以fscanf的參數，分為三類：

1.第一個參數FILE *,指定輸入來源

2.第二個參數format,格式化字元串，與scanf是一樣

3.其他參數為位址清單

函數原型

int fscanf(FILE *stream, const char *format, …);

scanf(format,…) <==> fscanf(stdin,format,…)

(6.2)格式化輸出

printf/sprinft/snprintf/fprintf

“格式化輸出”？：按照我指定的格式去輸出。

頭檔案

#include <stdio.h>

函數功能

按照指定的格式去輸出

函數原型

int printf(const char *format, …);

函數參數

const char *format, …

printf可以帶多個參數，這麼多參數，可以分為兩類：

第一個參數為第一類格式化字元串，就是告訴你怎麼輸出的

格式化輸出字元串有兩類：

a.轉義字元：以%開頭的字元

%d -> 按十進制有符号整數輸出

%ld

%lu

%c ->輸出字元的形狀

%s ->把後面的位址，字元串去輸出直到遇到\0

…

b.非轉義字元

你得原樣輸出

其他參數為第二類，要輸出得變量或對象清單

要輸出得變量或對象個數應該與轉義字元的個數一緻

傳回值

實際列印的字元個數

例子：

int a = 123;

char c = ‘A’;

int r;

r = printf(“a = %d c = %c”,a,c);

r =?

fprintf它的功能和printf一樣的，隻不過fprintf

輸出不是輸出到stdout,而是輸出到stream指定的

檔案中。是以fprintf它的參數，可以分為三部分：

第一個參數為 FILE *，指定要輸出到哪個檔案中去

第二個參數 format,格式化字元串

其他參數，為要輸出的變量或對象清單

函數原型

int fprintf(FILE *stream, const char *format, …);

傳回值：

為實際輸出到檔案中的字元個數

printf(format,…) <==> fprintf(stdout,format,…);

sprintf它的功能和printf一樣，隻不過，sprintf

輸出不是輸出到stdout，而是輸出到str指定的記憶體中去。

是以sprintf參數，可以分為三部分：

第一個參數為char *，記憶體位址，指定輸出字元串的輸出位置

第二個參數為format，格式化字元串

其他參數，為實際輸出的變量或對象清單

函數原型

int sprintf(char *str, const char *format, …);

傳回值：

為實際輸出到記憶體中去的字元個數。

例子：

char filename[512];

char *file =“xxx.mp3”;

char *path ="/home/china";

sprintf(filename,"%s/%s",path,file);

注意：但是，sprintf有一個bug

str隻是指定了一個記憶體的起始位址，并沒有限定它的記憶體範圍，if輸出字元串的長度 > str指向的記憶體的範圍，有越界的風險。

=》記憶體的非法通路

so,為了解決sprintf的這個bug，才有了下面的snprintf ，snprintf中size指定str指向的那段記憶體空間的最大長度，也就是說，格式化的輸出頂多輸出size-1個字元到str 指向的空間中去。

函數原型

int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, …);

例子：

char s[8];

char *str = “1234567890”;

int r;

r = snprintf(s, 8, “%s”,str);

r =

printf("%s",s);

注意：

snprintf它的傳回值是應該輸出的字元串長度，而不是實際輸出到記憶體中的長度。

總結

1.标準IO庫是什麼東西？為什麼需要它？它的實作原理是什麼？

2. 标準IO與系統IO之間的關系？标準IO中用什麼東西來表示一個檔案？

3. 為什麼把标準IO稱為流？為什麼說标準IO的效率要系統IO高？

4.标準IO隻能操作 “普通檔案”！！！！

2021-08-24 标準IO學習筆記标準IO前言一、為什麼需要标準IO二、标準IO的函數接口總結

标準IO

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前言

一、為什麼需要标準IO

“檔案”: 普通的文本檔案和二進制檔案

文本檔案： 無組織、無格式的檔案，以字元的ASCII碼等其他編碼來解析的檔案。

二進制檔案： 有特定格式的檔案。

​還提供了對"檔案"操作的接口函數：

使用标準IO的實作過程：

​ 标準IO帶緩存的IO，IO流，它的效率要比系統IO要高,why?

beacase

标準IO庫，會自動為每個程序，打開三個标準IO流(檔案)：

标準輸入流：FILE *stdin

标準輸出流: FILE *stdout

标準出錯：FILE *stderr

二、标準IO的函數接口

(1)标準IO打開或關閉一個檔案流

fopen

fclose:用來關閉指定的檔案流

(2)讀寫流：一旦讀寫成功啦，光标會自動往後移n個位置(n就是你讀寫成功的位元組數)

(2.1)每次一個字元讀寫

(2.2)每次一行讀寫

(2.3)直接讀寫 fread/ fwrite

fread

fwrite

(3)沖洗流 fflush，同步

(4)定位流

(5)檔案出錯/結束标記

(6)格式化IO

(6.1)格式化輸入

總結

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文本檔案：無組織、無格式的檔案，以字元的ASCII碼等其他編碼來解析的檔案。

二進制檔案：有特定格式的檔案。

還提供了對"檔案"操作的接口函數：

标準IO帶緩存的IO，IO流，它的效率要比系統IO要高,why?