深入理解C语言----标准I/O小结（缓冲区，I/O函数及其他相关问题）
与文件I/O围绕文件描述符操作不同，标准I/O的操作是围绕流进行的。
流：
对于流，《C和指针》里有一段解释得很好：
ANSI C进一步对I/O的概念进行了抽象。就C程序而言，所有的I/O操作只是简单地从程序移进或移出字节的事情。因此，毫不惊奇的是，这种字节流便被称为流(stream)。程序只需要关心创建正确的输出字节数据，以及正确地解释从输入读取的字节数据。特定I/O设备的细节对程序员是隐藏的。
TCPL Appendix B.1中这么解释：
A stream is a source or destination of data that may be associated with a disk or other peripheral.（流是一个可能与硬盘或者其他设备关联的数据的源或者目的地）
简单地说，流是对信息的一种抽象。C系统在处理文件(文本文件和二进制文件)时，并不区分类型，都看成是字符流，按字节进行处理。
输入输出字符流的开始和结束只由程序控制而不受物理符号(如回车符)的控制。
流有最小的信息单元就是二进制位，含有最小的信息包就是字节，C标准库提供两种类型的流：二进制流（binary stream）和文本流（text stream）。二进制流是有未经处理的字节构成的序列；文本流是由文本行（每行有0个或多个字符，并以'\n'结束）组成的序列。注意在UNIX中，并不区别两种流。
当一个程序启动时，,标准输入、输出、出错三个流就已经被自动打开，并对应到默认的物理终端。这三个标准I/O流通过预定义（stdio.h）文件指针stdin,stdout,stderr加以引用当一个进程正常终止时（直接调用exit()，或从main返回）所有打开的标准I/O流都会被关闭，所有带未写缓冲数据的I/O流都会被冲洗。
PS：在main()中return(expr)等价于exit(expr)，而exit则调用fclose()关闭每个文件描述符并刷洗对应缓存。
在Linux的应用程序中，通常用文件描述符0，1，2与标准输入，标准输出，标准出错输出相关联。为符合POSIX规范，在
缓冲区：
（详细内容可以参考APUE3.9和5.4，本段纯属摘抄）
标准I/O提供缓存的目的是尽可能减少使用read和write调用的数量（系统调用比普通函数调用开销大）。它也对每个I/O流自动地进行缓存管理，避免了应用程序需要考虑这一点所带来的麻烦。
标准I/O提供了三种类型的缓存:
(1) 全缓存。在这种情况下，当填满标准I/O缓存后才进行实际I/O操作。对于驻在磁盘上的文件通常是由标准I/O库实施全缓存的。
(2) 行缓存。在这种情况下，当在输入和输出中遇到新行符时，标准I/O库执行I/O操作。这允许我们一次输出一个字符（用标准I/O fputc函数），但只有在写了一行之后才进行实际I/O操作。
(3) 不带缓存。标准I/O库不对字符进行缓存。如果用标准I/O函数写若干字符到不带缓存的流中，则相当于用write系统调用函数将这些字符写至相关联的打开文件上。
标准出错流stderr通常是不带缓存的，这就使得出错信息可以尽快显示出来，而不管它们是否含有一个新行字符。
ANSI C要求下列缓存特征：
(1) 当且仅当标准输入和标准输出并不涉及交互作用设备时，它们才是全缓存的。
(2) 标准出错决不会是全缓存的
但是，这并没有告诉我们如果标准输入和输出涉及交互作用设备时，它们是不带缓存的还是行缓存的，以及标准输出是不带缓存的，还是行缓存的。
SVR4和4.3 + BSD的系统默认使用下列类型的缓存：
• 标准出错是不带缓存的。
• 如若是涉及终端设备的其他流，则它们是行缓存的；否则是全缓存的。
可以通过下面的函数改变缓存类型（APUE5.4）:
void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf);
int setvbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);参数buf通常指向一个长度为BUFSIZ的缓冲区，BUFSIZ在stdio.h中定义，可自行输出查看
stdio.h: #ifndef BUFSIZ
# define BUFSIZ _IO_BUFSIZ
libio.h: #define _IO_BUFSIZ _G_BUFSIZ
_G_config.h: #define _G_BUFSIZ 8192Liunx上的默认情况是，当标准输入输出连接终端时是行缓冲的，缓冲区大小1024字节，重定向到普通文件时，他们变为全缓冲（APUE 5.12 程序5.3提供查看I/O相关信息的方法）
强制冲洗一个流
int fflush(FILE *fp)
使该流所有未写数据传送至内核。如fp为NULL，将使所有输出流被清洗。
应当注意的是：fflush(NULL)并不能有效地清空输入缓存。后面详细讨论
《C陷阱与缺陷》5.3中讨论了一个setbuf使用中容易出现的错误
#include
int main()
{
int c;
char buf[BUFSIZ];
setbuf(stdout, buf);
while ((c = getchar()) != EOF)
putchar(c);
return 0;
} 在本程序中，main()返回时，buf字符数组已被释放。
解决方法是：把buf声明为静态数组，或者定义到main之外。也可以动态分配buf的缓存，程序并不主动释放动态分配的缓存。
也可以直接在return前调用fflush。
常用I/O函数：
流打开：
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );FILE * freopen ( const char * filename, const char * mode, FILE * stream );单字符读写：
int getc(FILE *fp)
int fgetc(FILE *fp)
int getchar(void)不管是出错还是到达文件尾端，三个函数都返回-1.
在大多数实现中，FILE维护了两个标志：出错标志和文件结束标志。可用下面三个函数判断流是出错还是结束，最后一个函数是清除两标志：
int ferror(FILE *fp)
int foef(FILE *fp)
void clearerr(FILE *fp)还有一个神奇的函数，可以把字符压送回流中：
int ungetc(int c, FILE *fp)类似地，输出函数:
int putc(int c, FILE *fp)
int fputc(int c, FILE *fp)
int putchar(int c)通常为了避免过多的函数调用开销，putchar和getchar都被实现为宏。
行读写函数：
char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );另一个函数：
char * gets(char* buf);
由于存在缓冲区溢出漏洞，不推荐使用。
相应地，输出
int fputs(const char * str, FILE * fp);
int puts(const char *char);puts()虽然安全，但是他的不方便在于，每次将换行符写到输出。
TCPL里用getc和putc实现了一个简易的行读取，但这样增加了调用函数的开销，效率低下。通常做法是用汇编写的memccpy(3)实现。
因此，我们贯彻这样的方针，坚持使用fgets和fputs，并自己处理换行符。
格式化I/O：
格式化输出：
int printf ( const char * format, ... );
int fprintf (FILE *fp, const char * format, ... );
int snprintf (char *buf, size_t n, const char * format, ... );注意参数转换说明中 %[flags][fldwidth][lenmodifier]convtype，宽度和精度字段可被置为*，而后用一个整形参数指定其值。
printf的实现：
printf是C中为数不多的变参函数之一，主要通过stdarg.h中的一系列宏来对参数列表进行处理。其源码实现可以参看：点击打开链接和点击打开链接
使用变参函数机制，简单模拟printf
#include
#include
#include
#include
void simon_printf(char *fmt, ...)
{
char buf[10];
char *p = fmt;
char c_tmp, *s_tmp;
int i_tmp;
double f_tmp;
va_list ap;
va_start(ap, fmt);
while (*p)
{
if (*p != '%')
{
putchar(*p++);
continue;
}
else
{
switch (*++p)
{
case 'd':
{
i_tmp = va_arg(ap, int);
// sprintf(buf, "%d", i_tmp);
// write(STDOUT_FILENO, buf, strlen(buf));
printf("%d", i_tmp);
break;
}
case 'f'://float在内部被提升为double
{
f_tmp = va_arg(ap, double);
printf("%f", f_tmp);
break;
}
case 'c'://char在内部被提升为int
{
i_tmp = va_arg(ap, int);
printf("%c", i_tmp);
break;
}
case 's':
{
for(s_tmp = va_arg(ap, char*); *s_tmp; s_tmp++)
printf("%c", *s_tmp);
break;
}
}
p++;
}
}
va_end(ap);
}
int main()
{
int a = 1;
float b = 2.0;
char c = 'a';
char *str = {"test"};
simon_printf("This is a test Message:\n int:%d\n float:%f\n string: %s\n char:%c\n ", a, b, str, c);
return 0;
} 格式化输入：
int scanf(const char *format, ...);
int fscanf(FILE *fp, const char *format, ...);
int sscanf(const char *buf, const char *format, ...);scanf中*表示抑制，不把该输入赋值给对应变量，即跳过。
scanf()还有一些正则用法：[]表示输入字符集，可以使用连字符表示范围，scanf() 连续吃进集合中的字符并放入对应的字符数组，直到发现不在集合中的字符为止。用字符 ^ 可以说明补集。把 ^ 字符放为扫描集的第一字符时，构成其它字符组成的命令的补集合。
通常并不推荐使用scanf()的正则用法，用法复杂, 容易出错。编译器作语法分析时会很困难, 从而影响目标代码的质量和执行效率。
关于输入缓冲区清空：
1）fflush(NULL)
fflush的定义说得很清楚了，这种用法导致的结果不确定
If the given stream was open for writing (or if it was open for updating and the last i/o operation was an output operation) any unwritten data in its output buffer is written to the file.
If stream is a null pointer, all such streams are flushed.
In all other cases, the behavior depends on the specific library implementation. In some implementations, flushing a stream open for reading causes its input buffer to be cleared (but this is not portable expected behavior).
The stream remains open after this call.
When a file is closed, either because of a call to fclose or because the program terminates, all the buffers associated with it are automatically flushed.
如果stream指向输出流或者更新流（update stream），并且这个更新流最近执行的操作不是输入，那么fflush函数将把任何未被写入的数据写入stream指向的文件（如标准输出文件stdout）。
fflush（NULL）清空所有输出流和上面提到的更新流。
否则，fflush函数的行为是不确定的。取决于编译器，某些编译器（如VC6）支持用 fflush(stdin) 来清空输入缓冲，而gcc就不支持。
2）setbuf(stdin, NULL);
setbuf(stdin, NULL);是使stdin输入流由默认缓冲区转为无缓冲区，在没有特殊要求的情况下还是适用的
3）int c;
while((c = getchar()) != '\n' && c != EOF);
由代码知，不停地使用getchar()获取缓冲区中字符，直到获取的字符c是换行符’\n’或者是文件结尾符EOF为止。这个方法可以完美清除输入缓冲区，并且具备可移植性。
4）scanf("%[^\n]%*c");
这里用到了scanf格式化符中的“*”，即赋值屏蔽；“%[^集合]”，匹配不在集合中的任意字符序列。这也带来个问题，缓冲区中的换行符’\n’会留下来，需要额外操作来单独丢弃换行符。
关于EOF
EOF并非字符,只是表示文件结束。
CSAPP 10.1里这么描述：
一个读操作就是从文件拷贝n>0个字节到存储器，从当前文件位置k开始，增加k到k+n，给定文件大小m字节，当k>=m时执行读操作会触发一个EOF条件，应用程序能检测到这个条件。文件结尾处并没有明确的“EOF符号”
如果是终端键盘输入作为标准输入,linux里用ctrl+d，win下用ctrl+z。
要注意的是：getchar是以行为单位进行存取，在getchar提示新的一次输入时，EOF的输入方式如下：
1）输入一行字符后，回车，再接ctrl+D
2）输入一行字符后，连按两次ctrl+D（如果在一行的中间按下Ctrl-D，则表示输出"标准输入"的缓存区，所以这时必须按两次Ctrl-D）
3）没有任何输入的情况下，直接ctrl+D
可以总结为：当终端有字符输入时，Ctrl+D产生的EOF相当于结束本行的输入。EOF作为行结束符时的情况，这时候输入Ctrl+D并不能结束getchar(),而只能引发getchar()提示下一轮的输入。
可以参考下面博文
EOF是什么---阮一峰
EOF
Definition of EOF and how to use it effectively
关于freopen
打开后想恢复，在linux里可以这样
freopen ("/dev/tty", "a", stdout)
跨平台的方法暂时没有