UNIX高級環(huán)境編程（7）標(biāo)準(zhǔn)IO函數(shù)庫

2024-06-28 13:21:44

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UNIX高級環(huán)境編程（7）標(biāo)準(zhǔn)IO函數(shù)庫 - 二進制文件IO，流定位，創(chuàng)建臨時文件和內(nèi)存流

1 二進制IO（Binary IO）

在前一篇我們了解了逐字符讀寫和逐行讀寫函數(shù)。

如果我們在讀寫二進制文件，希望以此讀寫整個文件內(nèi)容，這兩個函數(shù)雖然可以實現(xiàn)，但是明顯會很麻煩且多次循環(huán)明顯效率很低。

為了應(yīng)對這種場景，標(biāo)準(zhǔn)IO庫提供了fread和fwrite函數(shù)。

函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>
size_t fread(void *restrict ptr, 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);

函數(shù)用法;

a) 讀寫一個數(shù)組。

float data[10];
if (write(&data[2], sizeof(float), 4, fp) != 4)
? ? err_sys(“fwrite error");

本例中，從流fp中讀取4個float型數(shù)據(jù)填入到數(shù)組下表從2到5得位置中。

b) 讀寫一個結(jié)構(gòu)體

struct {
? ? short ?count;
? ? long ? total;
? ? char ? name[NAMESIZE];
} item;
if (fwrite(&item, sizeof(item), 1, fp) != 1)
? ? err_sys(“fwrite error");

本例中，從fp讀取數(shù)據(jù)填入到一個結(jié)構(gòu)體中。

上面兩例都可以認(rèn)為是讀寫一個結(jié)構(gòu)體的數(shù)組，參數(shù)size是結(jié)構(gòu)體的長度，參數(shù)nobj是數(shù)組中要讀寫的元素的個數(shù)。

函數(shù)返回值：

兩個函數(shù)的返回值都是讀寫的元素個數(shù)。

對于讀函數(shù)，返回值可能會比nobj小，如果有異常拋出或者讀到了文件結(jié)尾。這時需要調(diào)用函數(shù)ferror或feof來判斷。

對于寫函數(shù)，返回值比nobj小，則一定是有異常拋出。

函數(shù)細節(jié)：

在上面的例子中，我們通過fwrite函數(shù)填充了一個結(jié)構(gòu)體，那么如果讀寫不在一個系統(tǒng)中，那么結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存布局可能并不相同，這對于現(xiàn)在的多系統(tǒng)互聯(lián)工作的場景下很常見。我們會在討論socket時回來繼續(xù)看這個問題，實際的解決方案就是在不同系統(tǒng)間讀寫二進制數(shù)據(jù)時使用相同的協(xié)議。

2 定位流（Positioning a Stream）

我們有三種方法對流進行定位：

函數(shù)ftell和fseek。將文件的當(dāng)前偏移位置存儲在long integer型變量中；
函數(shù)ftello和fseeko。將文件的當(dāng)前偏移量存儲在off_t型變量中；
函數(shù)fgetpos和fsetpos。使用數(shù)據(jù)類型fpos_t記錄文件的當(dāng)前偏移量。

ftell和fseek函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>
long ftell(FILE* fp); ? ?// Returns：current file position indicator if OK, -1L on error
int fseek(FILE* fp, long offset, int whence); ? ? ? // Returns：0 if OK , -1 on error
void rewind(FILE* fp);

函數(shù)細節(jié)：

二進制文件的偏移量是從文件開始到當(dāng)前位置的字節(jié)數(shù)；
ftell函數(shù)返回當(dāng)前文件的偏移位置；
fseek函數(shù)用來定位文件到指定偏移位置；
fseek函數(shù)的參數(shù)whence，用來設(shè)置計算偏移量的方法：SEEK_SET表示從文件開頭開始計算，SEEK_CUR表示從文件當(dāng)前偏移位置開始計算，SEEK_END表示從文件結(jié)尾開始計算。
對于一些非Unix操作系統(tǒng)，存儲文本文件的存儲格式會有所不同，當(dāng)前文件偏移量無法通過字節(jié)數(shù)來表示，這種情況下，參數(shù)whence需要設(shè)置為SEEK_SET，并且offset只有兩個值可以使用：0，表示倒回文本開頭；另一個可用值為函數(shù)ftell的返回值。

ftello和fseeko函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>
off_t ftello(FILE* fp); ? ? // Returns: current file position indicator if OK, (off_t) -1 on error
int fseeko(FILE* fp, off_t offset, int whence); ? ? /// Returns: 0 if OK, -1 on error

函數(shù)細節(jié)：

這兩個函數(shù)和上面的ftell和fseek功能相同，只是返回值類型不是long，而改成了off_t，實現(xiàn)上可以讓off_t的表示范圍更大。

fgetpos和fsetpos函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>
int fgetpos(FILE* restrict fp, fpos_t *restrict pos);
int fsetpos(FILE* fp, const fpos_t pos);

函數(shù)細節(jié)：

fgetpos函數(shù)保存當(dāng)前文件偏移量到參數(shù)pos中
fgetpos得到的pos可以用來使用fsetpos設(shè)置當(dāng)前文件偏移量到之前的位置。

3 格式化輸入輸出格式化輸出函數(shù)

有五個PRintf函數(shù)負責(zé)格式化輸出。

函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>
int printf(const char *restrict format, ...);
int fprintf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...);
int dprintf(int fd, const char *restrict format, ..);
? ? ? // All three return : number of characters output if OK , negative value if output error
int sprintf(char *resrict buf, const char *restrict format, ...);
? ? ? // Returns: number of characters stored in array if OK, negative value if encoding error
int snprintf(char *restrict buf, size_t n, const char *restrict format, ...);
? ? ? // Returns: number of characters,that would have been stored in array if buffer was large enough, negative value if encoding error

函數(shù)細節(jié)：

printf輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出；
fprintf輸出到指定的流中；
dprintf輸出到指定的文件描述符中；
sprintf將格式化字符串寫入到指定的buffer數(shù)組中，自動在結(jié)尾處加上一個null結(jié)尾符，但是不計入返回值中，并且，sprintf在buffer不夠大時可能發(fā)生越界，因此需要使用者保證buffer足夠大；
snprintf防止越界，在springf的參數(shù)中增加了buffer的大小參數(shù)，所有越界寫入的字符都被忽略，如果返回值比buffer得長度要小，則說明輸出沒有被截斷。

格式化輸入函數(shù)

函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>
int scanf(const char *restrict format, ...);
int fscanf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...);
int sscanf(const char *restrict buf, const char *restrict format, ...);

函數(shù)細節(jié)：

format參數(shù)后面接得參數(shù)，包含存放讀入字符串的變量地址。

更多關(guān)于格式化輸入輸出的細節(jié)可以自己查詢Unix操作系統(tǒng)手冊。

4 從流中獲取文件描述符

函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>
int fileno(FILE* fp); ? ? ? // Returns: the file descriptor associated with the stream

如果我們需要調(diào)用dup和fcntl，則需要調(diào)用該函數(shù)。

5 臨時文件（Temporary Files）

標(biāo)準(zhǔn)IO庫提供了兩個函數(shù)用于創(chuàng)建臨時文件。

函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>
char* tempnam(char *ptr);
FILE* tmpfile(void);

函數(shù)細節(jié)：

函數(shù)tmpnam生成一個字符串，該字符串為一個合法的路徑名，并且不和任何已存在的文件重復(fù)。
函數(shù)tmpnam每次調(diào)用都生成不同的字符串，知道TMP_MAX次數(shù)。
如果函數(shù)tempnam的參數(shù)ptr為NULL，則生成的路徑字符串存在內(nèi)存靜態(tài)區(qū)，函數(shù)返回值為指向該路徑字符串的指針。如果隨后再次使用null參數(shù)調(diào)用tempnam，會覆蓋之前生成的字符串。
如果函數(shù)tempnam的參數(shù)ptr不是NULL，那么生成的路徑字符串存在ptr指向的數(shù)組內(nèi)，所以需要保證ptr指向的數(shù)組的長度至少為L_tmpnam。
函數(shù)tmpfile函數(shù)創(chuàng)建一個臨時二進制文件（type wb+），程序終止或者該文件被關(guān)閉，則該文件自動被刪除。對于UNIX操作系統(tǒng)而言，生成一個二進制文件并沒有什么影響，因為內(nèi)核并不區(qū)分文本文件還是二進制文件。

Example：

Code：

#include?"apue.h"

int

main(void)

{

? ??char? ? name[L_tmpnam], line[MAXLINE];

? ??FILE? ? *fp;

? ? printf("%s/n", tmpnam(NULL)); ? ? ??/* first temp name */

? ? tmpnam(name); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??/* second temp name */

? ? printf("%s/n", name);

? ??if?((fp = tmpfile()) ==?NULL) ? ? ??/* create temp file */

? ? ? ? err_sys("tmpfile error");

? ? fputs("one line of output/n", fp);??/* write to temp file */

? ? rewind(fp); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??/* then read it back */

? ??if?(fgets(line,?sizeof(line), fp) ==?NULL)

? ? ? ? err_sys("fgets error");

? ? fputs(line,?stdout);? ? ? ? ? ? ? ??/* print the line we wrote */

? ? exit(0);

}

在系統(tǒng)The Single UNIX Specification定義了另外兩個函數(shù)處理臨時文件：

函數(shù)聲明：

char* mkdtemp(char* template); ? ?// Returns: pointer to directory name if OK, NULL on error
int mkstemp(char* template); ? ?// Returns: file descriptor if OK, -1 on error

函數(shù)細節(jié)：