C语言标准I/O

流和缓冲区

• 流是C语言对I/O操作的一种抽象，在C语言的I/O操作只是从程序移进或移出字节，这便是字节流。
• C程序中大多数流是全缓冲的，即写入数据时，程序先把数据放入缓存(buffer)，等到缓存满了，再把里面的数据会一次性刷新(flush)到设备或磁盘文件。这时，缓存区就空了，程序再把新的数据放入缓存，重复整个过程。
• 程序运行时系统至少提供3个流：

  设备	文件指针(FILE*)
  标准输入(键盘)	stdin
  标准输出(屏幕)	stdout
  标准出错(屏幕)	stderr

文件指针

• FILE指针：每个被使用的文件都在内存中开辟出一个区域，用来存放文件的相关信息，这些信息是保存在一个名为FILE的结构体中，其定义在头文件stdio.h中。
• C语言标准io中通常用该结构体的指针 FILE* 作为句柄操作要处理的流。

fopen打开流

#include 
FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);

• 参数pathname为文件名
• 参数mode为打开文件的模式：
  • r：读模式，只用来读取数据。如果文件不存在，返回 NULL 指针。
  • w：写模式，只用来写入数据。如果文件存在，文件长度会被截为0，然后再写入；如果文件不存在，则创建该文件。
  • a：写模式，只用来在文件尾部追加数据。如果文件不存在，则创建该文件。
  • r+：读写模式。如果文件存在，指针指向文件开始处，可以在文件头部添加数据。如果文件不存在，返回 NULL 指针。
  • w+：读写模式。如果文件存在，文件长度会被截为0，然后再写入数据。这种模式实际上读不到数据，反而会擦掉数据。如果文件不存在，则创建该文件。
  • a+：读写模式。如果文件存在，指针指向文件结尾，可以在现有文件末尾添加内容。如果文件不存在，则创建该文件。
• 成功打开文件以后，返回一个 FILE 指针代表一个新创建的流；否则返回NULL。

fclose关闭流

#include 
int fclose(FILE *stream);

• stream为要关闭的流，若其为输出流，则会刷新缓冲区。
• 如果成功关闭文件，函数返回整数0；如果操作失败（比如磁盘已满，或者出现 I/O 错误），则返回EOF(通常是-1)。

字符I/O

• 字符输入

  #include 
  
  int fgetc(FILE *stream);
  
  int getc(FILE *stream);
  
  int getchar(void);
  

  • fgetc和getc用于从文件读取一个字符，getc一般用宏来实现，而fgetc用函数实现。而getchar只从stdin读取。
  • 函数返回读到的字符，但是它们的返回值类型却不是char，而是int，这是因为读取失败或读取到文件尾的情况下，它们会返回 EOF。

• 字符输出

  #include 
  
  int fputc(int c, FILE *stream);
  
  int putc(int c, FILE *stream);
  
  int putchar(int c);
  

  • fputc和putc用于写入一个字符c到流stream，putc一般用宏来实现，而fputc用函数实现。而putchar只从stdout读取。
  • 函数返回成功写入到流的字符，写入失败则会返回 EOF。

• 撤销字符I/O

  #include 
  int ungetc(int c, FILE *stream);
  

  • ungetc是将从输入流读到的字符退回到该流，下一次读数据时该字符便不会丢失。
  • 每个流都允许至少退回一个字符。

行I/O

#include 
char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
char *gets(char *s);

int fputs(const char *s, FILE *stream);
int puts(const char *s);

• fgets用于从文件流stream中读取指定长度的字符串储存在s，读取 size - 1 个字符后或者遇到换行符与文件结尾，就会停止读取，然后在已经读取的内容末尾添加一个空字符\0。如果s够大，会将换行符 \n 存储进读取的数据末尾再添加空字符\0到s。读取成功时，fgets的返回值是它的第一个参数，即指向字符串的指针，否则(比如当文件读到末尾时)返回空指针 NULL。
• fputs函数用于向文件流stream写入字符串s，它不会在字符串末尾添加换行符。fputs出错时返回EOF，否则返回一个非负值。
• gets和puts向标准输入和标准输出上读取和写入一行内容，gets与fgets不同的是不会在s后添加换行符，而puts会在s后添加换行符到标准输出。值得一提的是gets并不检查字符数组的长度，多出的字符可能写到字符数组后面产生错误，使用gets时要谨慎！

格式化的行I/O

scanf

#include 

int scanf(const char *format, ...);
int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
int sscanf(const char *str, const char *format, ...);

• scanf、fscanf和sscanf分别以标准输入、流和字符串作为输入源根据format字符串的格式将处理后的数据逐个保存在参数列表对应的变量(指针传递)中。
• 这些函数处理format时，会自动过滤空白字符，包括空格、制表符、换行符等。
• 返回值是一个整数，表示成功读取的变量个数。如果读取到文件结尾，则返回常量 EOF。
• 一些格式码：

  格式	含义
  %c	一个字符
  %d或%i	一个十进制数
  %f或%e或%g	一个浮点数
  %u	一个无符号十进制数
  %o	一个无符号八进制数
  %x	一个无符号十六进制数
  %n	scanf函数已读的字符数量
  %%	%号
  %*d	跳过一个十进制数
  %宽度d	指定宽度个十进制数，数据宽度不够左面补空格
  %[a-z]	匹配a到z中任意字符(尽可能多的匹配)
  %[aBc]	匹配a、B、c中一员，贪婪性
  %[^a]	匹配非a的任意字符，贪婪性
  %[^a-z]	表示读取除a-z以外的所有字符

printf

#include 

int printf(const char *format, ...);
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
int sprintf(char *str, const char *format, ...);
0nt snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);

• sprintf、fprintf和sprintf将处理后的格式化字符串分别写入到标准输出、流和字符串。
• 返回值是一个整数，表示输出的字符数量
• 一些格式码：

  格式	含义
  %c	一个字符
  %d或%i	一个十进制数
  %f	一个浮点数
  %e	一个浮点数，科学计数法表示
  %g	一个6个有效数字的浮点数。整数部分超过6位为科学计数法表示
  %u	一个无符号十进制数
  %o	一个无符号八进制数
  %x	一个无符号十六进制数
  %n	scanf函数已读的字符数量
  %%	%号
  %*d	跳过一个十进制数
  %宽度d	输出指定宽度个十进制数，数据宽度不够左面补空格
  %宽度.精度f	输出指定宽度并确定小数点后位数的浮点数，数据宽度不够左面补空格

二进制I/O

#include 

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

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

• fread和fwrite用于读取和写入二进制数据。
• ptr为储存数据的一段连续缓冲区的地址，size为缓冲区中每个元素的字节数，nmemb是元素的数目，stream即要读取或写入的流。
• 正常情况下，返回值为第三个参数nmemb(非字节数)，但如果出现读取错误或读到文件结尾，该返回值就会比请求的nmemb小。

定位函数

#include 

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

long ftell(FILE *stream);

void rewind(FILE *stream);

int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *pos);

int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *pos);

• ftell返回流当前的位置，即从文件开头到当前的偏移量，发生错误会返回-1L。
• fseek用来改变流当前相对于文件的位置。stream是打开的流，whence用来确定计算起点，它的值是以下三个宏：SEEK_SET（文件开始处）、SEEK_CUR（当前位置）、SEEK_END（文件末尾）。offset为相对whence的字节数，可取正、负和0.。调用成功返回0。
• rewind函数可以让读/写指针回到流的起始位置，相当于fseek(fp, 0L, seek_set)，且会清除当前流的错误提升标志。
• 由于long类型的大小有限，fgetpos和fsetpos可用于替代ftell和fseek，他们用fops_t类型来储存流的当前位置，fgetpos接收fops_t指针保存当前位置，fsetpos把流设置在pos储存的位置上。执行成功都会返回0.

流错误函数

#include 

void clearerr(FILE *stream);

int feof(FILE *stream);

int ferror(FILE *stream);

• 所有的标准I/O操作函数如果执行失败，都会在文件指针里面记录错误状态。
• 如果前面的操作出现错误，ferror返回真(非0值)），否则返回0。
• clearerr函数用来重置流的错误标志。
• feof函数用于判断流当前是否处于文件结尾，是则返回真(非0值)，可以通过fseek、rewind、fsetpos函数清除这个函数的状态；否则返回0。

刷新函数

#include 

int fflush(FILE *stream);

• fflush强制将一个输出流缓冲区的数据进行物理写入。
• 如果不需要保存缓存区内容，则可以传入空指针 NULL。
• 如果清空成功，fflush返回0，否则返回 EOF。

删除文件和文件重命名

#include 

int remove(const char *pathname);

int rename(const char *oldpath, const char *newpath);

• remove函数用于删除指定文件，如果删除成功，remove()返回0，否则返回非零值。如果该文件被打开，则该函数行为未知。
• rename函数用于文件重命名，也用于移动文件。第一个参数是现在的文件名，第二个参数是新的文件名。如果改名成功，rename返回0，否则返回非零值。如果newpath已存在，则该函数行为未知。