Linux下標準I/O的這些操作必須懂

在Linux中，所有對設備和文件的操作都是使用文件描述符來進行的。文件描述符是一個非負的整數，它是一個索引值，並指向在內核中每個進程打開文件的記錄表。當打開一個現存文件或創建一個新文件時，內核就向程序返回一個文件描述符；當需要讀寫文件時，也需要把文件描述符作爲參數傳遞給相應的函數，基於文件描述符的I/O操作是Linux中最常用的操作之一！
這篇文章需要C編譯、Linux基礎等相關知識。可以借鑑博主往期的文章，有超詳細超全面的知識圖譜、快捷鍵技巧等乾貨分享。
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文章目錄

文件基礎

概念：一組相關數據的有序集合
文件類型：

常規文件 — r (routine)
目錄文件 — d (directory)
字符設備文件 — c (char)
塊設備文件 — b (block)
管道文件 — p (pipe)
套接字文件 — s (socket）
符號鏈接文件 — l (link)

注意：操作系統不同，所支持的文件類型也不同

標準I/O

標準I/O由ANSI C標準定義——C庫中一些定義好的用於輸入和輸出的一組函數

標準I/O可以通過緩衝機制減少系統調用，實現更高的效率

流(stream)

標準I/O中的流實際上是一個FILE結構體，用一個結構體類型來存放打開文件的相關信息，標準I/O的所有操作都是圍繞FILE來驚醒操作的。

流的分類：

Windows
二進制流：換行符——\n
文本流：換行符——\r\n
Linux
換行符——\n

流的緩衝類型：

全緩衝
當流的緩衝區無數據或無空間時才執行實際I/O操作
行緩衝
當輸入和輸出遇到換行符\n時，進行I/O操作當流和一個終端關聯時，就是典型的行緩衝（打印調試信息時，一定要加上換行符）
無緩衝
數據直接寫入文件，流不進行緩衝

標準I/O定義的流

標準I/O預定義了3個流，程序運行時自動打開

標準輸入流	0	STDIN_FILENO	stdin
標準輸出流	1	STDOUT_FILENO	stdout
標準錯誤流	2	STDERR_FILENO	stderr

打開流

下列函數可用於打開一個標準I/O流：

FILE *fopen(const char *path,const char *mode);
//path是打開文件的路徑
//mode是打開方式

打開成功返回流指針，打開出錯時返回NULL。

mode參數

參數	作用
`r`或者`rb`	以`只讀`方式打開，文件必須存在
`r+`或`r+b`	以`讀寫`方式打開文件，文件必須存在
`w`或者`wb`	以`只寫`方式打開文件，若文件存在則文件長度清爲0，若文件不存在則創建
`w+`或`w+b`	以`讀寫`方式打開文件，其他同“w”
`a`或者`ab`	以`只寫`方式打開文件，若文件不存在則創建；向文件寫入的數據追加到文件末尾
`a+`或`a+b`	以`讀寫`方式打開文件。其他同"a"

注意：當給定“b”參數時，表示以二進制方式打開文件，Linux下可以忽略該參數

fopen示例:

#include <stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
	FILE *fp;
	if ((fp=fopen("test.tet","r+"))==NULL)//如果沒有文件路徑，默認在當前文件路徑下
	{
		printf("fopen error\n");//行緩衝，加換行符
		return -1;
	}
	......
	return 0;
}

注意：

fopen()創建文件訪問權限是0666（rw-rw-rw-）
Linux系統中umask設定會影響文件的訪問權限，其規則爲（0666&~umask）
用戶可以通過umask函數修改相關設定
如果希望usmak不影響文件權限，給umask賦值爲0就可以

處理錯誤信息:

extern int errno;//存放錯誤號
void perror(const char*s);//perror先輸出字符串s，再輸出錯誤號對應的錯誤信息
char *strerror(int errno);//strerror根據錯誤號返回對應的錯誤信息

示例1

#include<stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
	FILE *fp;
	if((fp=fopen("test.txt","r+"))==NULL){
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	......
	return 0;
}

輸出結果示例：

fopen:No such file or directory

示例2：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
	FILE *fp;
	if((fp=fopen("test.txt","r+"))==NULL){
		printf("fopen:%s\n",strerror(errno));
		return -1;
	}
	......
	return 0;
}

關閉流

int fclose(FILE *stream);

注意：

fclose()調用成功返回0，失敗返回EOF，並設置errno
流關閉時自動刷新緩衝中的數據並釋放緩衝區
當一個程序正常終止時，所有打開的流都會被關閉
流關閉後就不能執行任何操作

讀寫流

流支持不同的讀寫方式：

讀寫一個字符：fgetc()/fputc()一次讀/寫一個字符（效率低）
讀寫一行：fgets()和fputs()一次讀/寫一行（適合文本文件）
讀寫若干個對象：fread()/fwrite()每次讀/寫若干個對象，而每個對象具有相同的長度

fgrtc——示例（讀入字符）:

#include <stdio.h>
int fgetc(FILE *stream);
int getc(FILE *stream);//成功時返回讀入的字符，失敗返回EOF
int getchar(void);//等同於fgetc(stdin)

#include<stdio.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
	FILE *fp;
	int ch,count=0;
	if((fp=fopen(argv[1],"r"))==NULL)
	{
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	while((ch==fgetc(fp))!=EOF){//流的末尾時返回EOF
		count++;
	}
	printf("total %d畢業特色\n",count);
	return 0;	
}

按行讀寫：

下列函數用來按行輸入：

char *gets（char *s);//一般不建議使用，沒有指定緩衝區的大小，很可能引起緩衝區溢出
char *fgets(char *s,int size,FILE *stream);

成功時返回S，到文件末尾或者出錯時返回NULL
gets不推薦使用，沒有指定緩衝區大小，容易造成緩衝區溢出
遇到‘\n’或者已輸入size-1個字符時返回，總是包含‘\0’

示例：

#include <stdio.h>

#define N 6
int main(int argc,char *argv[])
{
	char buf[N];
	fgets(buf,N,stdin);從標準輸入讀取
	printf("%s",buf);
	return 0;
}

運行以上程序發現，當鍵盤輸入爲abcd時：

當遇到換行符時，不會繼續向下讀取，而是在換行符後加一個\0

鍵盤輸入爲abcdef時：

由於只能讀取N-1個字符（5個），所以只能讀取a~e，最後一個補\0。只有當下一次再調用fgets時緩存區中的剩餘內容將讀入到buf中。

按對象讀寫

下列函數用來從流中讀寫若干個對象：

//參數1：緩衝區的首地址；參數2：流中讀取每個對象佔用的大小；參數3：讀取多少個對象
size_t fread(void *ptr,size_t size,size_t n,FILE *fp);
size_t fwrite(const void *ptr,size_t size,size_t n,	FILE *fp);

成功時返回讀寫對象的個數，出錯時返回EOF。
既可以讀寫文本文件，也可以讀寫數據文件。

示例：

int s[10];
if (fread(s,sizeof(int),10,fp)<0)//從fp中讀取10個整形對象和整形大小到s中
{
	perror("fread");
	return -1;
}

struct student{
	int no;
	char name[8];
	float score;
}s[]={{1,'yang',96},{2,'huang',99}};

fwrite(s,sizeof(struct student),2,fp);

輸出流

下列函數用來輸出一個字符：

int fputc(int c,FILE *stream);//參數1：要輸出的字符，參數2：向那個流中輸出
int putc(int c,FILE *stream);
int putchar(int c);

成功時返回寫入的字符；出錯時返回EOF
putchar( c )等同於fput(c,stdout)

示例：

#include<stdio.h>

int main(int argc,int argv[])
{
	FILE *fp;
	int ch;
	if((fp=fopen(argv[1],"w"))==NULL){
		perro("fopen");
		return -1;
	}
	for(ch='a';ch<='z';ch++){
		fputc(ch,fp);
	}
	return 0;
}

按行輸出

下列函數用來輸出字符串：

int puts(const char*s);
int fputs(const char *s,FILE *stream);//寫入緩衝區的字符串寫到流中

成功時返回輸出字符串個數；出錯時返回EOF
puts將緩衝區中的字符串輸出到stdout，並追加\n
fputs將緩衝區s中的字符串輸出到stream

fput示例

#include<stdio.h>
int main(int argc,int argv[])
{
	FILE *fp;
	char buf[]="hello world";
	if((fp=fopen(argv[1],"a"))==NULL){//只寫的方式打開流
		perro("fopen");
		return -1;
	}
	fputs(buf,fp);//把存放在buf中的字符串寫到流中
	return 0;
}

注意：輸出的字符串可以包含\n，也可以不包含

利用輸入流&輸出流進行文件複製——fgetc&fputc

#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    FILE *fps,*fpd;
    int ch;
    if (argc<3)
    {
        printf("Usage:%s <src_file> <dst_file>\n",argv[0]);
        return -1;
    }
    if((fps=fopen(argv[1],"r"))==NULL)
    {
        perror("fopen src file");
        return -1;
    }
    if((fpd=fopen(argv[2],"w"))==NULL)
    {
        perror("fopen dst file");
        return -1;
    }
    while((ch=fgetc(fps))!=EOF)
    {
        fputc(ch,fpd);
    }
    fclose(fps);
    fclose(fpd);
    return 0;
}

利用輸入流&輸出流進行文件複製——freadc&fwritec

#include <stdio.h>
#define N 64
int main(int argc,char *argv[])
{
	FILE *fps,*fpd;
	char buf[N];
	int n;
	if(argc<3)
	{
		printf("usage: %s <src_file> <dst_file>\n",argv[0]);
		return -1;
	}
	if((fps=fopen(argv[1],"r"))==NULL)
	{
		perro("fopen src file");
		return -1;
	}
	if((fpd=fopen(argv[2],"w"))==NULL)
	{
		perro("fopen src file");
		return -1;
	}
	while((n=fread(buf,1,N,fps))>0)
	{
		fwrite(buf,1,N,fpd);//1=sizeof(char)
	}
	return 0;
}

刷新流

#include <stdio.h>

int fflush(FILE *fp);

成功時返回0；出錯時返回EOF
將流緩衝區中的數據寫到實際文件中
Linux下只能刷新輸出緩衝區

#include <stdio.h>

int main()
{
	FILE *fp;
	if((fp=fopen("test.txt","w"))==NULL)
	{
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	fputc('a',fp);//會把a寫到緩衝區，但是不會寫入到實際文件中
	fflush('a',fp);//刷新，強制刷新流並寫入到文件中
	while(1);
	return 0;
}

定位流

#include <stdio.h>
long ftell(FILE *stream);
long fseek(FILE *stream,long offset,int whence);//offset正時在基準點後面定位，負數時基準點前面定位
void remind(FILE *stream);

ftell()成功時返回流的當前讀寫位置，出錯時返回EOF
fseek()定位一個流，成功時返回0，出錯時返回EOF
whence參數:SEEK_SET/SEEK_CUR/SEEK_END
offset參數：偏移量，可正可負
rewind()將流定位到文件開始位置
讀寫流時，當前讀寫位置自動後移

示例：文件末尾追加’a’

#include<stdio.h>
int main()
{
	FILE *fp=fopen("test.txt","r+");
	fseek(fp,0,SEEK_END);//定位到文件末尾
	fputc('a',fp);
	return 0;
}

示例：獲取文件長度

#include <stdio.h>
int main()
{
	FILE *fp;
	if ((fp==fopen("test.txt","r+"))==NULL){
		perror("fopen");
		return -1;
	}
	fseek(fp,0,SEEK_END);
	printf("length is %d\n",ftell(fp));
}

判斷流

#include <stdio.h>
int ferror(FILE *stream);//判斷流是否結束
int feof(FILE *stream);//判斷流是否結束

ferror()返回1表示流出錯，負責返回0
feof()返回1表示文件已經到末尾，負責返回0

格式化輸出

#include <stdio.h>
int printf(const char *fmt,...）;
int fprintf(FILE *stream,const char *fmt,...);//把一個字符串輸出到指定的流中
int sprintf(char *s,const char *fmt,...);//把一個字符串輸出到特定的緩衝區中

示例：指定格式“年-月-日”分別寫入文件和緩衝區

#include <stdio.h>
int main()
{
	int year,month,date;
	FILE *fp;
	char buf[64];
	year=2020;month=6;date=5;
	fp=fopen("test.txt","a+");
	fprintf(fp,"%d-%d-%d\n"),year,month,date);
	sprintf(buf,"%d-%d-%d\n",year,month,date);//buf爲緩衝區首地址
	return 0;
}

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Linux下標準I/O的這些操作必須懂

文章目錄

文件基礎

標準I/O

流(stream)

流的分類：

流的緩衝類型：

標準I/O定義的流

打開流

mode參數

fopen示例:

處理錯誤信息:

關閉流

讀寫流

fgrtc——示例（讀入字符）:

按行讀寫：

按對象讀寫

輸出流

按行輸出

fput示例

利用輸入流&輸出流進行文件複製——fgetc&fputc

利用輸入流&輸出流進行文件複製——freadc&fwritec

刷新流

定位流

判斷流

格式化輸出

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