apue学习第九天——标准I/O库（第五章）

这是第五章标准I/O库的内容，花了几个小时浏览了一遍。感觉这些东西在第一遍看的时候没必要太抠细节，用到的时候再查，所以下面只是简单记录，好啦，开始。

首先，给stream一个系统的定义：In computer science, a stream is a sequence of data elements made available over time. A stream can be thought of as a conveyor belt that allows items to be processed one at a time rather than in large batches. 流与batch data不同，Batch processing is the execution of a series of programs ("jobs") on a computer without manual intervention. 

好啦，关于stream和batch data的区别，看上面，自己领悟。

当然，standard stream是指stdin，stdout，stderr，以前说过，fopen打开一个stream时返回FILE*，至此，下面不提。

接下来是关于buffering缓冲技术的。 fully buffered，line buffered和unbuffered三种。来看三种缓冲使用的地方：

当stream涉及终端时，常用行缓冲；标准错误要尽快显示出来，是不带缓冲的；其它的一般是全缓冲。

然后是一系列的open，read，write函数，下面只给定义，具体用法以后用到时再细查：

(1) open & close a stream

#include <stdio.h>
FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type);
FILE *freopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type,
FILE *restrict fp);
FILE *fdopen(int fd, const char *type);
//All three return: file pointer if OK, NULL on error

#include <stdio.h>
int fclose(FILE *fp);
//Returns: 0 if OK, EOF on error

(2)read & write a stream

每次读一个character：

#include <stdio.h>
int getc(FILE *fp);
int fgetc(FILE *fp);
int getchar(void);
/*All three return: next character if OK, EOF on end of file or error*/

在大多数实现中，为每个stream在FILE对象中维护两个标志：出错标志和文件结束标志：

#include <stdio.h>
int ferror(FILE *fp);
int feof(FILE *fp);
    /*Both return: nonzero (true) if condition is true, 0 (false) otherwise*/
void clearerr(FILE *fp);

将刚读到的字符压回去：

#include <stdio.h>
int ungetc(int c, FILE *fp);
/*Returns: c if OK, EOF on error*/

输出字符：

#include <stdio.h>
int putc(int c, FILE *fp);
int fputc(int c, FILE *fp);
int putchar(int c);
/*All three return: c if OK, EOF on error*/

读一行：

#include <stdio.h>
char *fgets(char *restrict buf, int n, FILE *restrict fp);
char *gets(char *buf );
/*Both return: buf if OK, NULL on end of file or error*/

写一行：

#include <stdio.h>
int fputs(const char *restrict str, FILE *restrict fp);
int puts(const char *str);
/*Both return: non-negative value if OK, EOF on error*/

还记得前面说的吧，着重在fgetc，fputc，其它字符相关的都可以实现为macro；尽量使用fgets和fputs，而避免使用gets（缓冲区溢出）和puts（多加了一个换行符）。

5.8 标准I/O的效率

我们通过图5-6来比较标准I/O和以前实例中系统调用的效率问题，看图;

user CPU是进程在用户态执行的时间，system CPU是进程在内核态执行的时间，clock time是进程从开始到结束的总时间。这三者之间没有必然联系。一般来说clock time大于前两者之和，但也有不是这样的情况，比如说fork了子进程的话，clock time可能比前两者之和小，因为父子进程同时执行导致clock time缩短，但system CPU是两者线性相加的。

我们来看上面的图，第一行best time from figure 3.6，user CPU都远大于第一行，因为unbuffered read循环次数远小于下面几行；system CPU几乎相等，但第一行稍小，因为第一行执行的是系统调用；clock time主要受前面user CPU的影响，等待I/O读完导致时间变慢。

还有一点有意思的，速度上一次读一行是一次读一个的两倍，本应该速度相近但为什么会差别那么多呢？因为读一行的版本用memccpy实现，该函数直接用汇编编写，所以快一些。

接下来的几个知识点大致说一下：

binary I/O：一次读写一个完整的结构，比如说一个结构数组。如果用getc，putc，每次循环处理一个字节，麻烦；如果用fgets，fputs，由于fputs遇到null停止，而一个结构中可能有null，所以也不好。如果在异构网络中，二进制I/O必须遵循同一规范才可以相互读写。

positioning a stream：定位流主要用ftell, fseek, fgetpos等等。

formatted I/O（格式化I/O）：也就是printf，scanf一类的函数，这些用到再查吧！

临时文件：有创建临时文件的函数。

memory streams（内存流）：就是我们自己可以把数据写进内存里，更方便！

好啦，这就是标准I/O库的快速概述，它的效率不高是一个不足之处，比如：

每次调用fgets和fputs时，通常要复制两次数据，一次是内核与标准I/O缓冲区之间，一次是标准I/O缓冲区与用户程序的行缓冲之间。快速I/O库解决了这个问题，它使读一行返回指向该行的指针而不是复制该行到缓冲区。当然还有更高级的技术，这里就不列举了。