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知识点归纳

第九章

9.1 I/O库函数
系统调用是文件操作的基础，但它们只支持数据块的读/写。I/O库函数是一系列文件操作函数，既方便用户使用，又提高了整体效率。
9.2 I/O库函数与系统调用
I/O库函数是封装了系统调用的一组高层函数接口，用于进行输入输出操作。它们提供了一种简便的方式来进行文件和设备的读写操作，并隐藏了底层系统操作的细节。而系统调用是操作系统提供的一组接口，用于访问硬件设备和其他资源。
- 缓冲机制：I/O库函数通常会使用缓冲区来提高读写的效率。它们会将数据暂时存储在内存中的缓冲区中，然后进行一次性的读写操作。
- 文件操作：I/O库函数和系统调用都可以用于对文件进行读写操作。I/O库函数如fopen()和fwrite()提供了更简单的接口来打开文件和写入数据，而系统调用如open()和write()则提供了底层的文件操作接口。
- 标准输入输出：I/O库函数提供了对标准输入输出的访问接口，如printf()和scanf()用于标准输出和输入流的格式化读写。而系统调用对应的是标准输入输出的文件描述符（stdin、stdout和stderr）。
- 错误处理：I/O库函数通常会返回特定的值来指示出错情况，如EOF表示文件结束，而系统调用通常会返回-1来表示出错。并且，I/O库函数会设置全局变量errno来指示具体的错误类型。
- 设备和网络操作：I/O库函数通常用于对设备和网络进行操作，如fread()和fwrite()可以用于读写二进制数据，而系统调用如socket()和send()则用于创建和操作网络套接字。
9.3 I/O库函数的算法
- fread算法

fread是C语言中的一个I/O库函数，用于从文件中读取二进制数据。它的函数原型如下：

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

fread函数从给定的文件流stream中读取count个元素的数据，每个元素的大小由size指定，并将读取的数据存储到由ptr指针指向的内存空间中。读取的总字节数被返回。

fread函数的工作原理如下：

fread首先检查文件流的位置指针，确定将要读取的数据的位置。
它会按照元素的大小size和要读取的元素数量count计算出需要读取的总字节数。
fread会尽可能从文件中读取足够的字节数，以填满指定的内存空间。如果读取的字节数小于请求的字节数，可能是因为已经到达了文件结尾或者发生了错误。
读取的数据被存储到由ptr指针指向的内存空间中。
fread会返回实际读取到的元素数量（即总字节数除以size）。如果返回的值少于请求的元素数量，可能表示已经到达了文件结尾或者发生了错误。

需要注意的是，fread函数适用于读取二进制数据，对于文本数据的读取，应该使用fgets或fscanf等函数。

下面是一个示例的代码段：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp;
    int data[5];
    
    // 打开文件
    fp = fopen("data.txt", "rb");
    if (fp == NULL) {
        printf("打开文件失败
");
        return 1;
    }
    
    // 读取数据
    size_t elements = fread(data, sizeof(int), 5, fp);
    if (elements != 5) {
        printf("读取文件失败
");
        fclose(fp);
        return 1;
    }
    
    // 输出数据
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", data[i]);
    }
    
    // 关闭文件
    fclose(fp);
    return 0;
}

以上代码简单展示了fread算法的用途。

- *fwrite算法*

fwrite是C语言中的一个I/O库函数，用于将二进制数据写入文件。它的函数原型如下：

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

fwrite函数将由ptr指针指向的内存中的二进制数据写入到给定的文件流stream中。要写入的数据有count个元素，每个元素的大小由size指定。写入的总字节数被返回。

fwrite函数的工作原理如下：

fwrite会将指定内存中的二进制数据按照元素大小size和要写入的元素数量count计算出写入的总字节数。
它会将计算出的字节数的数据从内存写入到文件流中。
fwrite会更新文件流的位置指针，使其指向已写入数据的下一个位置。
如果所有数据都成功写入文件，则返回写入的元素数量（即总字节数除以size）。如果返回的值少于请求写入的元素数量，可能表示发生了错误。

需要注意的是，fwrite函数适用于将二进制数据写入文件，对于文本数据的写入，应该使用fprintf或fputs等函数。

下面是一个示例的代码段：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp;
    int data[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    
    // 打开文件
    fp = fopen("data.txt", "wb");
    if (fp == NULL) {
        printf("打开文件失败
");
        return 1;
    }
    
    // 写入数据
    size_t elements = fwrite(data, sizeof(int), 5, fp);
    if (elements != 5) {
        printf("写入文件失败
");
        fclose(fp);
        return 1;
    }
    
    // 关闭文件
    fclose(fp);
    return 0;
}

- *fclose算法*

`fclose 是C语言中的一个I/O库函数，用于关闭一个已打开的文件流。它的函数原型如下：

int fclose(FILE *stream);

fclose 函数用于结束对文件的操作，并将与文件流 stream 相关的资源释放。它的工作原理如下：

fclose 会将尚未写入到文件的缓冲区的数据写入文件，以确保数据的完整性。
它会关闭文件流 stream，这意味着不能再通过该文件流进行读写操作。关闭文件流会释放与文件流相关的资源，如文件描述符。
如果成功关闭文件流，fclose 返回 0。如果关闭失败，它会返回一个非零值，通常是 EOF。
在关闭文件流之后，应该避免再次使用已关闭的文件流进行读写操作，因为这可能导致未定义的行为。
下面是一个示例代码段：

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp;
    
    // 打开文件
    fp = fopen("data.txt", "w");
    if (fp == NULL) {
        printf("打开文件失败
");
        return 1;
    }
    
    // 写入数据
    fprintf(fp, "Hello, world!");
    
    // 关闭文件
    if (fclose(fp) == 0) {
        printf("文件已成功关闭
");
    } else {
        printf("关闭文件失败
");
    }
    
    return 0;
}

在上述示例中，fclose 函数用于关闭文件流 fp，以确保数据被写入文件并释放相关资源。