今天我們圍繞標準I/O做一些詳細的討論。
首先，我們先來看一些重要的概念。
流和文件指針
文件I/O操作都是針對文件描述符進行的，相對的，標準I/O的操作都是圍繞一種叫做流（stream）的東西進行的，當使用標準 I/O 庫打開或創建一個文件時，我們就已使一個流與這個文件相關聯，通過流的讀入和輸出完成所需要的 I/O操作。
用fopen打開一個流會返回一個指向FILE對象的指針，即文件指針，FILE對象通常是一個結構，包含了標準I/O庫爲管理該流需要的所有信息，如用於實際I/O的文件描述符、指向用於該流緩衝區的指針、緩衝區長度、出錯標誌等。
系統爲每個進程預定義了3個可以自動被使用的流：標準輸入、標準輸出和標準錯誤，這3個標準I/O流通過預定義的文件指針stdin、stdout、stderr加以引用。
緩衝
標準I/O庫提供緩衝的目的是儘可能減少使用read和write系統調用的次數，緩衝類型有三種：
（1）全緩衝：填滿標準I/O緩衝區後才進行實際I/O操作，磁盤中的文件通常是全緩衝，術語沖洗（flush）說明標準I/O緩衝區的寫操作。
（2）行緩衝：在輸入和輸出中遇到換行符或行緩衝區被填滿時執行實際I/O操作，當流涉及一個終端（如標準輸入和標準輸出）時，通常使用行緩衝。
（3）不帶緩衝：標準I/O不對字符進行緩衝存儲，標準錯誤stderr通常默認爲不帶緩衝的。
ISO C規定：
當且僅當stdin和stdout不指向交互式設備時，他們纔是全緩衝。
stderr決不會是全緩衝。
Linux系統默認：
stderr是不帶緩衝的。
若流指向終端設備，則是行緩衝，否則爲全緩衝。
對於一個給定的已經打開且尚未執行任何操作的流，我們可以調用setbuf和setvbuf來更改系統默認的緩衝類型。
#include <stdio.h>
void setbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf);
int setvbuf(FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size);
/*返回值：若成功。返回0；若出錯，返回非0*/ 我們來看一下這兩個函數的區別：
setbuf只提供兩種功能——打開或關閉由第一個參數fp指定的流的緩衝機制。若爲打開緩衝，第二個參數buf必須指向一個長度爲BUFSIZ的緩衝區，BUFSIZ定義在stdio.h中，至於調用函數之後究竟是全緩衝還是行緩衝，那就取決於該流是與終端相關還是與文件相關了；若想關閉該流的緩衝，只需把buf設爲NULL即可。
setvbuf功能就要強大一些，它多了兩個參數mode和size，不僅可以實現setbuf的功能，還可以在打開緩衝時由mode指定具體的指定緩衝類型，由size指定緩衝區的長度。
| mode參數 | 緩衝類型 |
|---|---|
| _IOFBF | 全緩衝 |
| _IOLBF | 行緩衝 |
| _IONBF | 不帶緩衝 |
關於這兩個函數更詳細的動作，可以看下下面這張表，這裏就不再多費口舌了。
關鍵字restrict：
大家可能都注意到了，這兩個函數的參數中都帶有restrict這個關鍵字，查了下發現是C99新增的，它只用於限定指針，作用是告訴編譯器，所有修改該指針所指向內容的操作都必須通過該指針進行，而不能通過其它途徑(其它變量或指針)來修改。這樣做的好處是能幫助編譯器進行更好的代碼優化，生成更有效率的彙編代碼。
接下來，我們圍繞對流的操作介紹一些函數，包括打開和關閉流、讀和寫流。
打開和關閉流
1、打開流
以下三個函數可以打開一個標準I/O流。
#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);
/*三個函數返回值：若成功，返回文件指針；若失敗，返回NULL*/ 三個函數的區別：
（1）fopen：打開路徑名爲pathname的一個指定文件
（2）freopen：在一個指定的流上打開一個指定的文件，該函數一般用於將一個指定的文件打開爲一個預定義的流，也就是前面說的標準輸入、標準輸出和標準錯誤。
（3）fdopen：讀取一個現有的文件描述符，並使一個標準I/O流與其結合，常用於由創建管道和網絡通信通道函數返回的描述符。
其中，type參數可以用來指定對該流的讀寫方式，如下圖所示：
2、關閉流
#include <stdio.h>
int fclose(FILE *fp);
/*返回值：若成功，返回0；若失敗，返回EOF*/當我們使用完一個文件之後，需要調用 fclose函數關閉該文件、釋放相關的資源，否則會造成內存泄漏，但在文件關閉前，系統還會進行一些操作，如沖洗緩衝區中輸出數據、丟棄緩衝區中的所有輸入數據、釋放爲流分配的緩衝區等。
讀和寫流
讀寫操作分成兩大類：非格式化I/O、格式化I/O
非格式化I/O又包括三種：每次一個字符I/O、每次一行I/O、每次一個結構I/O。
（一）非格式化I/O
1、每次一個字符的I/O
#include <stdio.h>
/*輸入函數*/
int getc(FILE *fp);
int fgetc(FILE *fp);
int getchar(void); /*等同於getc(stdin)*/
/*三個函數返回值：若成功，返回下一個字符；若已到達文件尾或出錯，返回EOF*/
/*對應的輸出函數*/
int putc(int c, FILE *fp);
int fputc(int c, FILE *fp);
int putchar(int c);
/*三個函數返回值：若成功，返回c；若出錯，返回EOF*/關於三個輸入函數的返回值，注意這樣一句話：若已到達文件尾或出錯，返回EOF，所以如果想知道是哪一種情況，可以調用ferror或feof進行判斷。
#include <stdio.h>
int ferror(FILE *fp);
int feof(FILE *fp);
/*兩個函數返回值：若條件爲真，返回真；否則，返回假*/ 那麼，ferror和feof是怎麼知道條件是否爲真呢？原來系統爲每個流在FILE對象中維護了兩個標誌：出錯標誌和文件結束標誌，所以當把FILE指針作爲參數傳遞給這兩個函數時，就可以通過這兩個標誌來判斷條件是真還是假了。
2、每次一行I/O
#include <stdio.h>
/*buf：緩衝區地址； n：緩衝區長度； fp：指定的流*/
char *fgets(char *restrict buf, int n, FILE *restrict fp);
char *gets(char *buf);
/*兩個函數返回值：若成功，返回buf；若已到達文件尾或出錯，返回NULL*/
int fputs(const char *restrict str, FILE *restrict fp);
int puts(const char *str);
/*兩個函數返回值：若成功，返回非負值；若出錯，返回EOF*/ 我們先來分析兩個輸入函數：
fgets和gets都指定了緩衝區的地址，讀入的行送入其中，只不過gets從標準輸入讀，而fgets從指定的流讀而已。
gets函數並不檢查輸入行的長度是否超過緩衝區長度，因此有緩衝區溢出的危險，歷史上的蠕蟲病毒就是利用這個漏洞做的，所以gets一般不推薦使用。fgets彌補了gets的缺點，我們必須給它指定緩衝區長度n，當輸入行長度超過緩衝區長度時就會出錯。
關於fgets、緩衝區長度、輸入行長度要注意一個小問題：
fgets讀取輸入行直到遇到換行符，注意fgets也讀入換行符，而緩衝區總以null字節結尾，所以輸入行包括換行符在內的字符數不能超過n-1，也就是說除換行符外的實際字符數最多爲n-2，否則fgets返回一個不完整的行，該行的剩餘部分會在下一次調用fgets時接着讀取。
測試代碼
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MAXLINE 20
int main()
{
char buf[MAXLINE];
if (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL)
if (fputs(buf, stdout) == EOF)
printf("output error\n");
if (ferror(stdin))
printf("input error\n");
exit(0);
}運行結果可看出，緩衝區長度20，第一次輸入18個字符，fgets將這些字符與換行符一起讀入，fputs輸出有換行；第二次輸入19字符，fgets沒有讀入換行符，fpus輸出無換行。
分析完了輸入，咱們再來看輸出。
puts將一個字符串寫到標準輸出，尾部終止符’\0’不寫出，隨後puts會補一個換行符到標準輸出，也就是說puts會自動換行。
fputs將一個字符串寫到指定的流，尾部終止符’\0’不寫出，但並不一定是每次輸出一行，因爲字符串不需要換行符作爲最後一個非NULL字節。
3、二進制I/O（每次讀寫一個結構）
該方式可一次讀寫一個完整的結構，通過fread和fwrite實現。
#include <stdio.h>
size_t fread(void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp);
sizt_t fwrite(const void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp);
/*兩個函數返回值：讀或寫的對象數*/
/*對於讀，若出錯或到達文件尾，返回值可少於nobj，需調用ferror或feof判斷是哪一種*/
/*對於寫，若返回值少於要求的nobj，則爲出錯*/ 這兩個函數有以下常見用法：
（1）讀或寫一個二進制數組：例如將一個數組的第2~5個元素寫到一文件上，可以使用如下代碼。其中，size爲每個數組元素的長度，nobj爲欲寫的元素個數
int data[10];
if (fwrite(&data[1], sizeof(int), 4, fp) != 4)
printf("fwrite error\n");（2）讀或寫一個結構：如下代碼，其中，size爲結構的長度，nobj爲1（要寫的結構體個數）
struct
{
short count;
long total;
char name[NAMESIZE];
} item;
if (fwrite(&item, sizeof(item), 1, fp) != 1)
printf("fwrite error\n");
（3）將（1）（2）結合起來就可以讀或寫一個結構數組：代碼如下，其中size是結構的sizeof，nobj是數組的元素個數。
/*定義一個結構數組*/
struct student
{
char name[20];
char sex[2];
int age;
char address[100];
} student[40];
if (fwrite(student, sizeof(struct student), 40, fp) != 40)
printf("fwrite error\n");（二）格式化I/O
1、格式化輸出
#include <stdio.h>
int printf(const char *restrict format, ...);
int fprintf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...);
int dprintf(int fd, const char *restrict format, ...);
int sprintf(char *restrict buf, const char *restrict format, ...);
int snprintf(char *restrict buf, size_t n,
const char *restrict format, ...); 我們來比較一下這5個函數：
printf將格式化數據寫到標準輸出，注意它的返回值是成功打印的字符數（不包括\0字符）；
fdprintf將格式化數據寫到指定的流，dprintf寫到指定的文件描述符，這兩個函數的返回值也是成功打印的字符數（不包括\0字符）；
sprintf將格式化數據寫到數組buf中，並在數組尾端自動加一個\0，若成功，函數返回寫入數組的字符數（不包括爲數組自動添加的\0），否則返回負值。
與gets類似，sprintf也有可能造成緩衝區溢出，所以有了snprintf，需要顯示指定緩衝區長度n，超過緩衝區尾端的所有字符都被丟棄。如果n足夠大，返回寫入buf的字符數，否則返回負值。
2、格式化輸入
#include <stdio.h>
int scanf(const char *restrict format, ...);
int fscasnf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...);
int sscanf(char *restrict buf, const char *restrict format, ...);這三個函數的區別和上面的printf函數族類似，大家比較着看下就行了，這裏不再詳細闡述了。
最後再來看下面這個函數：
#include <stdio.h>
int fileno(FILE *fp);每個標準I/O流都有一個與其相關聯的文件描述符，可以調用fileno獲得其描述符並返回。