C

C 知识量:16 - 74 - 317

13.2 标准I/O><

标准I/O的优点- 13.2.1 -

标准I/O有许多优点,例如:

  • 有更好的可移植性。

  • 简化了处理不同I/O的问题。例如,printf()把不同形式的数据转换成与终端相适应的字符串输出。

  • 输入和输出都是缓冲的。一次转移一大块信息而不是一字节信息,这种缓冲极大地提高了数据传输速率,而且,程序可以检查缓冲区中的字节。

检查命令行参数- 13.2.2 -

对于以下代码:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>    // 提供 exit()的原型

int main(int argc, char *argv []) {
    int ch;   // 读取文件时,储存每个字符的地方    
    FILE *fp; // “文件指针”    
    unsigned long count = 0;
    if (argc != 2) {
        printf("Usage: %s filename\n", argv[0]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    if ((fp = fopen(argv[1], "r")) == NULL) {
        printf("Can't open %s\n", argv[1]);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    while ((ch = getc(fp)) != EOF) {
        putc(ch, stdout); // 与 putchar(ch); 相同        
        count++;
    }
    fclose(fp);
    printf("File %s has %lu characters\n", argv[1], count);
    system("pause");
    return 0;
}

程序首先检查argc的值,查看是否有命令行参数。如果没有,程序将打印一条消息并退出程序。

字符串argv[0]是该程序的名称。显式使用argv[0]而不是程序名,错误消息的描述会随可执行文件名的改变而自动改变。

exit()函数关闭所有打开的文件并结束程序。exit()的参数被传递给一些操作系统,以供其他程序使用。通常的惯例是: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,但是,并不是所有的操作系统都能识别相同范围内的返回值。因此,C标准规定了一个最小的限制范围。标准要求0或宏EXIT_SUCCESS用于表明成功结束程序,宏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。

fopen()函数- 13.2.3 -

fopen()函数用于打开文件,它有两个参数:

  • 第1个参数是待打开文件的名称,即一个包含该文件名的字符串地址。

  • 第2个参数是一个字符串,指定待打开文件的模式。

fopen()的模式字符串如下表所示:

模式字符串含义
"r"以读模式打开文件
"w"
以写模式打开文件,把现有文件的长度截为0,如果文件不存在,则创建一个新文件。
"a"以写模式打开文件,在现有文件末尾添加内容,如果文件不存在,则创建一个新文件。
"r+"以更新模式打开文件(即:读和写)。
"w+"以更新模式打开文件(即:读和写),如果文件存在,则将其长度截为0;如果文件不存在,则创建一个新文件。
"a+"以更新模式打开文件(即:读和写),在现有文件末尾添加内容,如果文件不存在,则创建一个新文件;可以读整个文件,但是只能从末尾添加内容。
"rb"、"wb"、"ab"、"ab+"、"a+b"、"wb+"、"w+b"、"ab+"、"a+b"与上一个模式类似,但是以二进制模式而不是文本模式打开文件。
"wx"、"wbx"、"w+x"、"wb+x"或"w+bx"类似非x模式,但是如果文件已存在或以独占模式打开文件,则打开文件失败。

对于像UNIX和Linux这样只有一种文件类型的系统,带b字母的模式和不带b字母的模式相同。

C11新增了带x字母的写模式,与以前的写模式相比具有更多特性:

  • 第一,如果以传统的一种写模式打开一个现有文件,fopen()会把该文件的长度截为0,这样就丢失了该文件的内容。但是使用带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。

  • 第二,如果环境允许,x模式的独占特性使得其他程序或线程无法访问正在被打开的文件。

需要注意的是:如果使用任何一种"w"模式(不带x字母)打开一个现有文件,该文件的内容会被删除,以便程序在一个空白文件中开始操作。然而,如果使用带x字母的任何一种模式,将无法打开一个现有文件。

程序成功打开文件后,fopen()将返回文件指针(filepointer),其他I/O函数可以使用这个指针指定该文件。

文件指针的类型是指向FILE的指针,FILE是一个定义在stdio.h中的派生类型。文件指针并不指向实际的文件,它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。因为标准库中的I/O函数使用缓冲区,所以它们不仅要知道缓冲区的位置,还要知道缓冲区被填充的程度以及操作哪一个文件。

getc()和putc()函数- 13.2.4 -

getc()和putc()函数与getchar()和putchar()函数类似,不同的是,需要告诉getc()和putc()函数使用哪一个文件。示例如下:

ch = getc(fp);   //从fp指定的文件中获取一个字符。
putc(ch, fpout); //把字符ch放入FILE指针fpout指定的文件中。

在putc()函数的参数列表中,第1个参数是待写入的字符,第2个参数是文件指针。

此外,stdout是与标准输出相关联的文件指针,定义在stdio.h中,所以putc(ch, stdout)与putchar(ch)的作用相同,有关内容都将显示在显示器中。

文件结尾- 13.2.5 -

getc()函数在读取一个字符时发现是文件结尾,将返回一个特殊值EOF。C程序只有在读到超过文件末尾时才会发现文件的结尾,因此,为了避免读到空文件,应该使用入口条件循环(不是dowhile循环)进行文件输入。通常使用下面的模式来设计此类程序:

int ch;
FILE * fp;
fp = fopen("pnotes.txt", "r");
while (( ch = getc(fp)) != EOF){
    putchar(ch);
}

ch = getc(fp)是while测试条件的一部分,所以程序在进入循环体之前就读取了文件,这样就避免了循环内putchar()函数读取到空文件。

fclose()函数- 13.2.6 -

fclose()函数用于关闭参数(文件指针)指定的文件,必要时刷新缓冲区。如果成功关闭,fclose()函数返回0,否则返回EOF。如果磁盘已满、移动硬盘被移除或出现I/O错误,都会导致调用fclose()函数失败。以下是一个示例:

if (fclose(fp) != 0) {
    printf("Error in closing file fp!"); 
}

指向标准文件的指针- 13.2.7 -

stdio.h头文件把3个文件指针与3个标准文件相关联,C程序会自动打开这3个标准文件。如下表所示:

标准文件文件指针通常使用的设备
标准输入stdin键盘
标准输出stdout显示器
标准错误stderr显示器

这些文件指针都是指向FILE的指针,所以它们可用作标准I/O函数的参数。

标准I/O的工作原理- 13.2.8 -

1、使用标准I/O的第1步是调用fopen()打开文件(上节介绍过,C程序会自动打开3种标准文件)。fopen()函数不仅打开一个文件,还创建了一个缓冲区(在读写模式下会创建两个缓冲区)以及一个包含文件和缓冲区数据的结构。

另外,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。假设把该指针赋给一个指针变量fp,可以说fopen()函数“打开一个流”。如果以文本模式打开该文件,就获得一个文本流;如果以二进制模式打开该文件,就获得一个二进制流。

这个结构通常包含一个指定流中当前位置的文件位置指示器。除此之外,它还包含错误和文件结尾的指示器、一个指向缓冲区开始处的指针、一个文件标识符和一个计数(统计实际拷贝进缓冲区的字节数)。

2、使用标准I/O的第2步是调用一个定义在stdio.h中的输入函数,如fscanf()、getc()或fgets()。一调用这些函数,文件中的数据块就被拷贝到缓冲区中。缓冲区的大小因实现而异,一般是512字节或是它的倍数。

最初调用函数,除了填充缓冲区外,还要设置fp所指向的结构中的值。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,当前位置从字节0开始。

3、当输入函数发现已读完缓冲区中的所有字符时,会请求把下一个缓冲大小的数据块从文件拷贝到该缓冲区中。以这种方式,输入函数可以读取文件中的所有内容,直到文件结尾。函数在读取缓冲区中的最后一个字符后,把结尾指示器设置为真。于是,下一次被调用的输入函数将返回EOF。

4、输出函数以类似的方式把数据写入缓冲区。当缓冲区被填满时,数据将被拷贝至文件中。