Linux標準IO庫簡介

• 爲什麼要設計標準I/O庫？
  ➢ 直接使用API進行文件訪問時，需要考慮許多細節問題，例如：read、write時，緩衝區的大小該如何確定，才能使效率最優。
  ➢ read和write等底層系統調用函數進行輸入輸出時，在用戶態和內核態之間來回切換，每次讀出或寫入的數據量較少，導致頻繁的I/O操作，增加了系統開銷。
• 標準I/O庫是ANSI C規範的一部分，函數原型在文件stdio.h中定義，對底層I/O系統調用進行了封裝，爲程序員提供了帶有格式轉換功能的輸入輸出操作，並在用戶空間增加了緩衝區管理。
• 文件IO和標準IO區別：

1. 文件I/O：文件I/O稱之爲不帶緩存的IO（unbuffered I/O)。不帶緩存指的是每個read，write都調用內核中的一個系統調用。也就是一般所說的低級I/O——操作系統提供的基本IO服務，與os綁定，特定於linix或unix平臺。
2. 標準I/O：標準I/O是ANSI C建立的一個標準I/O模型，是一個標準函數包和stdio.h頭文件中的定義，具有一定的可移植性。標準I/O庫處理很多細節。例如緩存分配，以優化長度執行I/O等。標準的I/O提供了三種類型的緩存。
   （1）全緩存：當填滿標準I/O緩存後才進行實際的I/O操作。
   （2）行緩存：當輸入或輸出中遇到新行符時，標準I/O庫執行I/O操作。
   （3）不帶緩存：stderr就是了。
3. 文件I/O 又稱爲低級磁盤I/O，遵循POSIX相關標準。任何兼容POSIX標準的操作系統上都支持文件I/O。
4. 標準I/O被稱爲高級磁盤I/O，遵循ANSI C相關標準。只要開發環境中有標準I/O庫，標準I/O就可以使用。（Linux 中使用的是GLIBC，它是標準C庫的超集。不僅包含ANSI C中定義的函數，還包括POSIX標準中定義的函數。因此，Linux 下既可以使用標準I/O，也可以使用文件I/O）。
5. 通過文件I/O讀寫文件時，每次操作都會執行相關係統調用。這樣處理的好處是直接讀寫實際文件，壞處是頻繁的系統調用會增加系統開銷，標準I/O可以看成是在文件I/O的基礎上封裝了緩衝機制。先讀寫緩衝區，必要時再訪問實際文件，從而減少了系統調用的次數。
6. 文件I/O中用文件描述符表現一個打開的文件，可以訪問不同類型的文件如普通文件、設備文件和管道文件等。而標準I/O中用FILE（流）表示一個打開的文件，通常只用來訪問普通文件。

• 標準IO庫
• 分離了應用程序空間和實際的物理設備
• 減少了直接讀盤次數，提高性能
  ➢ 讀取前查看是否已存在頁緩存中，如果已經存放在了頁緩存中，數據立即返回給應用程序
  ➢ 寫數據前先寫到頁緩存中，如果用戶採用的是同步寫機制（ synchronous writes ）, 那麼數據會立即被寫回到磁盤上，應用程序會一直等到數據被寫完爲止；如果用戶採用的是延遲寫機制（ deferred writes ），那麼應用程序就完全不需要等到數據全部被寫回到磁盤，數據只要被寫到頁緩存中去就可以了。
• 異步緩存和延遲寫機制一樣，不等數據全部寫回到磁盤，數據只要寫到頁緩存中即可，不同的是當數據全部寫到磁盤上後，異步機制會通知給應用程序，延遲寫機制不會。

fopen函數

• fopen函數功能
  打開一個指定文件
• 函數原型
  FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type);
• 參數
  pathname：要打開的文件名
  type：指定文件的讀、寫方式
• type 說明：

1. r或rb 爲讀而打開
2. w或wb 使文件長度爲0，或爲寫而創建
3. a或ab 添加；爲在文件尾寫而打開，或爲寫而創建
4. r+或r+b或rb+ 爲讀和寫而打開
5. w+或w+b或wb+ 使文件長度爲0，或爲讀和寫而打開
6. a+或a+b或ab+ 爲在文件尾讀和寫而打開或創建

限制	r	w	a	r+	w+	a+
文件必須存在	√			√
刪除文件以前內容		√			√
流可以讀	√			√	√	√
流可以寫		√	√	√	√	√
流只在尾端處寫			√			√

setbuf和setvbuf函數

• setbuf和setvbuf函數功能
  打開和關閉緩衝機制
• 函數原型
  void setbuf(FILE *steam, char *buf);
  void setvbuf(FILE *steam, char *buf, int mode, size_t size);

函數	mode	buf	緩存及長度	緩存的類型
setbuf		nonnull	長度爲BUFSIZ的用戶緩存	全緩存
setbuf		NULL	（無緩存）	不帶緩存
setvbuf	_IOFBF	nonnull	長度爲size的用戶緩存	全緩存
setvbuf	_IOFBF	NULL	合適長度的系統緩存	全緩存
setvbuf	_IOLBF	nonnull	長度爲size的用戶緩存	行緩存
setvbuf	_IOLBF	NULL	合適長度的系統緩存	行緩存
setvbuf	_IONBF	忽略	無緩存	不帶緩存

fdopen函數

• fdopen函數功能
  取一個現存的文件描述符，並使一個標準I/O流與該描述符相結合
• 頭文件
  #include<stdio.h>
• 函數原型
  FILE *fdopen(int fd, const char *type);
• fdopen常用於由創建管道及網絡通信通道函數返回的描述符。
  ➢ 這些特殊類型的文件，不能用fopen打開
  ➢ 因此必須先調用設備專用函數以獲得一個文件描述符，然後再用fdopen使一個標準I/O流與該描述符相關聯
• 對於fdopen函數，type參數的意義稍有區別
  ➢ 因爲該描述符已被打開，所以fdopen爲寫而打開並不截短該文件
  ➢ 不能用於創建該文件（因爲如若一個描述符引用一個文件，則該文件一定已經存在）

Type值	操作文件類型	是否新建文件	是否清空原文件	可讀	可寫	讀寫開始位置
r	文本文件	NO	NO	YES	NO	文件開頭
r+	文本文件	YES	NO	YES	YES	文件開頭
w	文本文件	YES	YES	NO	YES	文件開頭
w+	文本文件	YES	YES	YES	YES	文件開頭
a	文本文件	NO	YES	NO	YES	文件結尾
a+	文本文件	NO	YES	YES	YES	文件結尾
rb	二進制文件	NO	NO	YES	NO	文件開頭
r+b或rb+	二進制文件	YES	NO	YES	YES	文件開頭
wb	二進制文件	YES	YES	NO	YES	文件開頭
w+b或wb+	二進制文件	YES	YES	YES	YES	文件開頭
ab	二進制文件	NO	YES	NO	YES	文件結尾
a+b或ab+	二進制文件	NO	YES	YES	YES	文件結尾

FILE *fp;
int fd;
if ((fp = fopen("hello.txt", "w+")) == NULL) {
printf("fopen file error\n");
return 0;}
fprintf(fp, "hello word\n");
fclose(fp);
if ((fd = open("hello.txt", O_RDWR)) == -1) {
printf("open file fail\n");
return 0;}
if ((fp = fdopen(fd, "a+")) == NULL) {
printf("fdopen open\n");
return 0;
}
fprintf(fp, "linux c program");
fclose(fp);