标签：文件 int 写入笔记 20211312 模式 FILE 缓冲区徐元琦

第9章 I/O库函数——教材知识点归纳

9.1~9.2 系统调用和I/O库函数

系统调用：操作系统中，进程以两种不同的方式运行：内核模式（Kmode）和用户模式（Umode）。Umode权限有限，特殊权限的操作需要在Kmode下进行。系统调用（System Call）机制允许进程进入Kmode，执行更高权限的操作。
系统调用和I/O库函数不同，但I/O库函数建立在系统调用的基础上。例如，fopen()依赖于open()，fread()依赖于read()。
常见的系统调用函数包括：open()、read()、write()、lseek()、close()。

9.3 I/O库函数的算法

9.3.1 fread算法

在第一次调用fread()时，FILE结构体的缓冲区是空的，fread()使用保存的文件描述符fd发出一个系统调用：n=read(fd, fbuffer, BLKSIZE)，用数据块填充内部的fbuf[]。然后，它会初始化fbuf[]的指针、计数器和状态变量，以表明内部缓冲区中有一个数据块。
在随后的每次fread()调用中，它都尝试满足来自FILE结构体内部缓冲区的调用。当缓冲区变为空时，它就会发出read()系统调用来重新填充内部缓冲区。

9.3.2 fwrite()算法

fwrite()算法与fread()算法相似，只是数据传输方向不同。开始时，FILE结构体的内部缓冲区是空的。在每次调用fwrite()时，它将数据写入内部缓冲区，并调整缓冲区的指针、计数器和状态变量，以跟踪缓冲区中的字节数。如果缓冲区已满，则发出write()系统调用，将整个缓冲区写入操作系统内核。

9.3.3 fclose()算法

若文件以写的方式被打开，fclose()会先关闭文件流的局部缓冲区。然后，它会发出一个close(fd)系统调用来关闭FILE结构体中的文件描述符。最后，它会释放FILE结构体，并将FILE指针重置为NULL。

9.4~9.5 使用I/O库函数、I/O库模式

对于以BLKSIZE为单位的读/写数据，使用系统调用比I/O库函数更高效。
I/O库模式在fopen()中体现，包括字符模式和二进制模式：
- 字符模式：
  - r：只读模式，文件必须存在，否则打开失败。
  - w：只写模式，若文件存在，则清除原文件内容后写入；否则，新建文件后写入。
  - a：追加模式，若文件存在，则位置指针移到文件末尾，在文件尾部追加写入。若文件不存在，则打开失败。
  - r+：表示读/写，不会截断文件。
  - w+：表示读/写，但是先截断文件，如果文件不存在，就先创建文件。
  - a+：表示通过追加的方式读/写；如果文件不存在就创建文件。
- 二进制模式：
  - rb：只读模式，文件必须存在，否则打开失败。
  - wb：只写模式，若文件存在，则清除原文件内容后写入；否则，新建文件后写入。
  - ab：追加模式，若文件存在，则位置指针移到文件末尾，在文件尾部追加写入。若文件不存在，则打开失败。
  - rb+：表示读/写，不会截断文件。
  - wb+：表示读/写，但是先截断文件，如果文件不存在，就先创建文件。
  - ab+：表示通过追加的方式读/写；如果文件不存在就创建文件。
字符模式I/O：
- 字符模式I/O以字符为单位存取，文件在流中。
- 从文件指针中读取一个字符：int fgetc(FILE *fp)。
- 向文件流中退回一个字符: int ungetc(int c, FILE *fp)。
- 向文件流中存放一个字符：int fputc(int c, FILE *fp)。
- 注意读取到文件结束时，会返回值-1，可与文件流中其他字符区分。同时返回值的类型是整数。
行模式I/O：
- 行模式I/O以文本文件的行为单位进行存取。
- 读取一行：char *fgets(char *buf, int size, FILE *fp)。
- 写入一行：int fputs(char *buf, FILE *fp)。
格式化I/O:
- 格式化输入和格式化输出就是C语言中常用的scan和print类型。
- scanf和printf指定输入输出流为stdin和stdout，而fscanf和fprintf可以指定输入流和输出流。
- 格式化输入：从stdin输入：scanf(char *FMT, &items)；从指定流输入：fscanf(fp, char *FMT, &items)。
- 格式化输出：输出到stdout：printf(char *FMT, &items)；输出到指定流：fprintf(fp, char *FMT, &items)。

9.6 文件流缓冲

每个文件流都有一个FILE结构体，其中包含一个内部缓冲区，对文件流进行读写需要经过FILE缓冲区。
文件缓冲可以使用三种缓冲方案之一：
- 无缓冲：尽快单独传输，例如，stderr通

常无缓冲。
- 行缓冲：遇到换行符时进行缓冲，逐行输入输出，例如，stdout。
- 全缓冲：以块大小传输到文件或从文件传输，文件流常用的是全缓冲。

9.7 变参函数

在学习C语言时，我们发现printf、scanf函数在传入参数时，参数的个数是不确定的。后来发现，原来它们都是变参函数。
变参函数使用至少一个参数声明，后面跟三个点。例如：int function(int m, int n, ...);
在函数内部，可以通过C语言库宏访问这些参数。

实践

通过I/O库函数进行简单的操作时，有以下几个基本的操作：
打开文件：使用 fopen 函数以指定的模式打开文件。例如，以只读模式打开文件可以这样：FILE *file = fopen("example.txt", "r");
读取文件：使用 fread 或 fgets 等函数来读取文件内容。例如，使用 fgets 可以逐行读取文本文件：char buffer[100]; fgets(buffer, sizeof(buffer), file);
写入文件：使用 fwrite 或 fputs 等函数来将数据写入文件。例如，使用 fprintf 可以格式化写入数据：fprintf(file, "This is a line of text\n");
关闭文件：使用 fclose 函数关闭文件，确保在操作完成后关闭文件以释放资源：fclose(file);
错误处理：始终检查文件操作的返回值，以便捕获任何可能的错误。你可以使用 feof 和 ferror 来检查文件的结束和错误状态。
示例

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *sourceFile, *destinationFile;
    char ch;

    // 打开源文件以读取内容
    sourceFile = fopen("source.txt", "r");
    if (sourceFile == NULL) {
        perror("Error opening source file");
        return 1;
    }

    // 打开目标文件以写入内容
    destinationFile = fopen("destination.txt", "w");
    if (destinationFile == NULL) {
        perror("Error opening destination file");
        fclose(sourceFile);
        return 1;
    }

    // 从源文件读取字符并写入目标文件
    while ((ch = fgetc(sourceFile)) != EOF) {
        fputc(ch, destinationFile);
    }

    // 关闭文件
    fclose(sourceFile);
    fclose(destinationFile);

    printf("File copied successfully.\n");

    return 0;
}

在这个示例中，程序首先打开了一个源文件（"source.txt"）以读取内容，然后打开一个目标文件（"destination.txt"）以写入内容。接着，它使用fgetc从源文件逐字符读取，并使用fputc将字符写入目标文件，直到源文件的末尾（EOF）。最后，程序关闭了两个文件，并输出一条成功的消息。

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