《c primer plus》c语言学习笔记整理（十三）-文件输入输出

第十三章 文件输入输出

1.与文件进行通信
（1）文件：c把文件看做是一系列连续的字节，每个字节都能单独被读取
（2）文本模式与二进制模式：文本模式-包含文本内容的文本文件，二进制模式-图片音乐类，
1）UNIX用同一种文件格式处理文本文件与二进制文件的内容
2）在二进制模式中，程序可以访问文件的每个字节。
3）在文本模式中，程序所见的内容和文件的实际内容不同。程序以文本模式读取文件时，把本地环境表示的行末尾或文件结尾映射成C模式。（例如MS-DOS平台读取文件，把\r\n转换为\n）。
4）在二进制模式读写文件的时候，不会发生相应的映射。
（3）I/O的级别
1）底层I/O：使用操作系统提供的基本I/O服务；
2）标准高级I/O：使用C库的标准包和stdio.h头文件定义（因为无法保证所有的操作系统使用相同的底层I/O模型）
（4）标准文件（C程序自动打开三个文件）
1）标准输入：系统的普通输入设备（默认情况下，通常为键盘，）
2）标准输出：同3）一样是系统的普通输出设备，通常为显示屏。
3）标准错误输出 ：提供了一个逻辑上不同的地方来发送错误消息（2）与3)为系统的普通输出设备，通常为显示屏）
注：如果使用重定向把输出发送给文件而不是屏幕，那么发送至标准错误输出的内容仍然会被发送到屏幕上。
2.标准I/O
好处：一是可移植，二是标准I/O有许多专门函数简化了处理不同I/O的问题，三是输入输出都是缓冲的。（一次转移一大块信息而不是一个字节信息（常至少512字节），缓冲区提高了数据传输效率，程序可以检查缓冲区的字节，缓冲在后台处理）。
（1）检查命令行参数
1）一些操作系统可能不识别argv[0]，所以这种用法并非完全可移植。
2）exit（）函数关闭所有打开的文件并结束程序。其参数被传递给一些操作系统，供其他程序使用，一般惯例为（正常结束的程序传递0，异常结束的程序传递非零值，不同的退出值可用于区分程序失败的不同原因）
3）标准要求0或宏EXIT_SUCCESS用于表明成功返回程序；EXIT_FAILURE用于表明结束程序失败。这些宏和exit（）原型都位于stdlib.h头文件中。
4）在最初的调用main（）中使用return与调用exit（）效果相同，如果main（）在一个递归程序中，exit（）直接终止程序，return把控制权交给上一级递归，直至最初一级，另一个区别是，即使在其他函数中（除main（）以外）调用exit（）也能结束整个程序。
（2）fopen（）函数
1）该函数声音在stdio.h中，第一个参数为待打开文件的名称，其实是一个包含该文件名的字符串地址，第二个参数为一个字符串，指定待打开文件的模式
2）新的C11增加了带x字母的写模式，如果以传统写模式打开一个现有文件，fopen（）会把该文件长度截为0，这样就丢失了该文件的内容。带x字母的写模式，即使fopen（）操作失败，原文件的内容也不会被删除。使用带x字母的任何一种形式，将无法打开一个现有文件。
3）如果环境允许，x的独占模式使得其他程序或线程无法访问正在被打开的文件。
4）程序成功打开后，fopen返回文件指针，其他I/O函数可以使用这个指针指定该文件。
5）文件指针的类型，是指向FILE的指针，这是一个定义在stdio.h中的派生类型
6）文件指针并不指向实际的文件，指向一个包含文件信息的数据对象，其中包含操作文件的I/O函数所用的缓冲区信息
7）因为标准库的I/O函数使用缓冲区，所以他们不仅要知道缓冲区的位置，还要知道缓冲区被填充程度以及操作哪一个文件。相关函数根据这些信息在必要时决定再次填充或清空缓冲区。fp指向的数据对象包含了这些信息（结构体）
（3）getc（）与putc（）函数：用于文件，字符获取及输出
1）putc（）函数有两个参数，第一个参数为待写入的字符，第二个参数为文件指针，
2）putchar（ch，stdout）左右和putchar（ch）相同，stdout为与标准输出相关联的文件指针，定义在stdio。h中
3）putchar（）函数一般通过putc（）来定义，getchar（）函数同理
（4）文件结尾
1）为了避免读到空文件，应该使用入口条件循环（不是do while）进行文件输入，程序应该在进入循环体之前先尝试读取。
2）
（5）fclose（）函数
1）关闭fp指定的文件，必要时刷新缓冲区
2）对于较正式的程序，应当检查是否成功关闭文件
3）如果成功关闭文件，函数返回0，否则返回EOF
4）磁盘已满、移动硬盘被移除或者出现I/O错误，都会导致函数失败
（6）指向标准文件的指针
1）标准输入：stdin-键盘（常用设备）
2）标准输出：stdout-显示器
3）标准错误：stderr-显示器
注：这些文件指针都是指向FILE的指针，所以他们可以用作标准I/O函数的参数
3.文件I/O:fprintf()、fscanf()、fgets（）和fputs（）
（1）fprintf()和fscanf()函数：需要用第一个参数指定待处理的文件，其他和printf及scanf相同
（2）fgets（）和fputs（）函数
1）fgets（）：第一个参数与gets（）函数一样，表示储存输入位置的地址（char *类型）；第2个参数是一个整数，表示待输入字符串的大小；最后一个参数是文件指针，指定待读取的文件。fgets（buf， STLEN， fp）
2）fgets（）函数读取输入直到第一个换行符的后面，或者读到文件结尾，或者读取STLEN-1个字符.然后在末尾添加一个空字符使之成为一个字符串，字符串的大小是其字符数加上一个空字符。如果fgets（）在读到字符上限之前已读完一整行，他会把表示行结尾的换行符放在空字符前面。该函数在遇到EOF将返回NULL值，可以利用这一机制检查是否到达文件结尾；如果未遇到EOF则之前返回传给它的地址。
3）fputs（）函数结束两个参数，第一个是字符串的地址，第二个是文件指针，该函数根据传入的地址找到的字符串写入指定的文件中，在打印时不会在其末尾添加换行符
4.随机访问：fseek（）和ftell（）
在打开的文件中直接移动到任意字节处
（1）fseek（）与ftell（）工作原理
1）fseek（）相关参数：第一个参数-FILE指针，指向待查找的文件，第二个参数-偏移量，表示从起始点开始要移动的距离，必须是一个long类型的值（正（前移），负（后移），0（保持不动））
2）偏移量的起始点：SEEK_SET-文件开始处；SEEK_CUR-当前位置；SEEK_END-文件末尾。
3）如果一切正常，fseek返回值为0；错误（比如试图移动的距离超出文件范围）返回值为-1
4）ftell（）函数的返回类型是long，返回的是当前位置。ANSI C把它定义在stdio.h中，在最初的实现的UNIX中，ftell（）通过返回距文件开始处的字节数来确定文件的位置，ANSI C规定，该定义适用于以二进制模式打开的文件，以文件模式打开文件的情况不同。
（2）二进制模式与文本模式
1）许多MS-DOS编辑器都利用CTRL+Z标记文本文件的结尾，以文本模式打开这样的文件时，c能识别这个作为文件结尾的标识符，但是，以二进制模式打开相同的文件，CTRL+Z字符被看做是文件中的一个字符，而实际的文件结尾符在该字符的后面。
2）MS-DOS用\r\n组合表示文本文件换行。以文本模式打开相同的文件时，C程序把\r\n看做是\n.但是，以二进制模式打开该文件时，程序能看见这两个字符。
3）ANSI C规定，对于文本模式，ftell（）返回的值可以作为fseek（）的第二个参数。对于MS-DOS，ftell（）返回的值把\r\n当做一个字节计数。
（3）可移植性
在文本模式中，只有以下调用可以保证其行为，定位到文件开始位置、保持当前位置不动、定位至文件结尾、到距文件开始处X的位置，而x为ftell（）的返回值。
（4）fgetpos（）与fsetpos（）函数
1）用途：处理较大文件的新定位函数：fgetpos（）和fsetpos（）
2）不用long类型的值表示位置，使用一种新类型：fpos_t（代表file position type，文件定位类型）。该类型不是基本类型，根据其他类型定义。该类型的变量和数据对象可以在文件中指定一个位置，它不能是数组 类型，没有其他限制。实现可以提供一个满足特殊平台需求的类型，该类型可以实现为结构。
3）fgetpos（）函数原型：

int fgetpos (FILE * restrict stream, fpos t  restrict pos);

调用该函数时，将fpos_t类型的值放在pos指向的位置上，该值描述了文件中的一个位置。如果成功，该函数返回0；如果失败，返回非0
4）fsetpos（）函数原型：

int fsetpos (FILE *stream, const fpos t *pos);

调用函数时，使用pos指向位置上的fpos_t类型值来设置文件指针指向该值指定的位置。如果成功，fsetpos（）函数返回0，如果失败，返回非0。fpos_t类型的值应通过之前调用fgetpos()获得。
5.标准I/O的机理
（1）输入函数：
1）第一步：调用fopen（）打开文件，该函数不仅打开一个文件，还创建了一个缓冲区（读写模式下创建两个缓冲区）以及一个包含文件和缓冲区数据的结构。fopen返回一个指向该结构的指针，以便其他函数知道如何找到该结构。假设把该指针赋值给fp，我们说fopen（）函数“打开一个流”，以文本模式打开该文件获得一个文本流，以二进制模式打开该文件获得一个二进制流。
2）第二步：调用一个定义在stdio.h中的输入函数，一旦调用这些函数，文件中的数据块就被拷贝到缓冲区中，缓冲区大小因实现而异，一般为512字节或是它的倍速。最初调用函数，除了填充缓冲区外，还要设置fp所指向的结构的值，尤其要设置流中的当前位置和拷贝进缓冲区的字节数。通常位置从字节0开始。
（2）输出函数
6.其他标准I/O函数
（1）int ungetc（int c，FILE *fp）函数
（2）int fflush（）函数
（3）int setvbuff（）函数
（4）二进制I/O：fread（）和fwrite（）
（5）size_t fwrite()函数
（6）size_t fread()函数
（7）int feof（FILE *fp）和int ferror（FILE *fp）函数