1 二進(jìn)制IO（Binary IO）

在前一篇我們了解了逐字符讀寫和逐行讀寫函數(shù)。

如果我們?cè)谧x寫二進(jìn)制文件，希望以此讀寫整個(gè)文件內(nèi)容，這兩個(gè)函數(shù)雖然可以實(shí)現(xiàn)，但是明顯會(huì)很麻煩且多次循環(huán)明顯效率很低。

為了應(yīng)對(duì)這種場(chǎng)景，標(biāo)準(zhǔn)IO庫(kù)提供了fread和fwrite函數(shù)。

函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>

size_t fread(void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj, FILE *restrict fp);

size_t fwrite(const void *restrict ptr, size_t size size_t nobj, FILE *restrict fp);

函數(shù)用法;

a) 讀寫一個(gè)數(shù)組。

float data[10];

if (write(&data[2], sizeof(float), 4, fp) != 4)

? ? err_sys(“fwrite error");

本例中，從流fp中讀取4個(gè)float型數(shù)據(jù)填入到數(shù)組下表從2到5得位置中。

b) 讀寫一個(gè)結(jié)構(gòu)體

struct {

? ? short ?count;

? ? long ? total;

? ? char ? name[NAMESIZE];

} item;

if (fwrite(&item, sizeof(item), 1, fp) != 1)

? ? err_sys(“fwrite error");

本例中，從fp讀取數(shù)據(jù)填入到一個(gè)結(jié)構(gòu)體中。

?

上面兩例都可以認(rèn)為是讀寫一個(gè)結(jié)構(gòu)體的數(shù)組，參數(shù)size是結(jié)構(gòu)體的長(zhǎng)度，參數(shù)nobj是數(shù)組中要讀寫的元素的個(gè)數(shù)。

?

函數(shù)返回值：

兩個(gè)函數(shù)的返回值都是讀寫的元素個(gè)數(shù)。

對(duì)于讀函數(shù)，返回值可能會(huì)比nobj小，如果有異常拋出或者讀到了文件結(jié)尾。這時(shí)需要調(diào)用函數(shù)ferror或feof來(lái)判斷。

對(duì)于寫函數(shù)，返回值比nobj小，則一定是有異常拋出。

?

函數(shù)細(xì)節(jié)：

在上面的例子中，我們通過(guò)fwrite函數(shù)填充了一個(gè)結(jié)構(gòu)體，那么如果讀寫不在一個(gè)系統(tǒng)中，那么結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存布局可能并不相同，這對(duì)于現(xiàn)在的多系統(tǒng)互聯(lián)工作的場(chǎng)景下很常見(jiàn)。我們會(huì)在討論socket時(shí)回來(lái)繼續(xù)看這個(gè)問(wèn)題，實(shí)際的解決方案就是在不同系統(tǒng)間讀寫二進(jìn)制數(shù)據(jù)時(shí)使用相同的協(xié)議。

?

我們有三種方法對(duì)流進(jìn)行定位：

• 函數(shù)ftell和fseek。將文件的當(dāng)前偏移位置存儲(chǔ)在long integer型變量中；
• 函數(shù)ftello和fseeko。將文件的當(dāng)前偏移量存儲(chǔ)在off_t型變量中；
• 函數(shù)fgetpos和fsetpos。使用數(shù)據(jù)類型fpos_t記錄文件的當(dāng)前偏移量。

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ftell和fseek函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>

long ftell(FILE* fp); ? ?// Returns：current file position indicator if OK, -1L on error

int fseek(FILE* fp, long offset, int whence); ? ? ? // Returns：0 if OK , -1 on error

void rewind(FILE* fp);

函數(shù)細(xì)節(jié)：

• 二進(jìn)制文件的偏移量是從文件開(kāi)始到當(dāng)前位置的字節(jié)數(shù)；
• ftell函數(shù)返回當(dāng)前文件的偏移位置；
• fseek函數(shù)用來(lái)定位文件到指定偏移位置；
• fseek函數(shù)的參數(shù)whence，用來(lái)設(shè)置計(jì)算偏移量的方法：SEEK_SET表示從文件開(kāi)頭開(kāi)始計(jì)算，SEEK_CUR表示從文件當(dāng)前偏移位置開(kāi)始計(jì)算，SEEK_END表示從文件結(jié)尾開(kāi)始計(jì)算。
• 對(duì)于一些非Unix操作系統(tǒng)，存儲(chǔ)文本文件的存儲(chǔ)格式會(huì)有所不同，當(dāng)前文件偏移量無(wú)法通過(guò)字節(jié)數(shù)來(lái)表示，這種情況下，參數(shù)whence需要設(shè)置為SEEK_SET，并且offset只有兩個(gè)值可以使用：0，表示倒回文本開(kāi)頭；另一個(gè)可用值為函數(shù)ftell的返回值。

?

ftello和fseeko函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>

off_t ftello(FILE* fp); ? ? // Returns: current file position indicator if OK, (off_t) -1 on error

int fseeko(FILE* fp, off_t offset, int whence); ? ? /// Returns: 0 if OK, -1 on error

函數(shù)細(xì)節(jié)：

• 這兩個(gè)函數(shù)和上面的ftell和fseek功能相同，只是返回值類型不是long，而改成了off_t，實(shí)現(xiàn)上可以讓off_t的表示范圍更大。

?

fgetpos和fsetpos函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>

int fgetpos(FILE* restrict fp, fpos_t *restrict pos);

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

函數(shù)細(xì)節(jié)：

• fgetpos函數(shù)保存當(dāng)前文件偏移量到參數(shù)pos中
• fgetpos得到的pos可以用來(lái)使用fsetpos設(shè)置當(dāng)前文件偏移量到之前的位置。

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有五個(gè)PRintf函數(shù)負(fù)責(zé)格式化輸出。

函數(shù)聲明：

#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, ..);

? ? ? // All three return : number of characters output if OK , negative value if output error

int sprintf(char *resrict buf, const char *restrict format, ...);

? ? ? // Returns: number of characters stored in array if OK, negative value if encoding error

int snprintf(char *restrict buf, size_t n, const char *restrict format, ...);

? ? ? // Returns: number of characters,that would have been stored in array if buffer was large enough, negative value if encoding error

函數(shù)細(xì)節(jié)：

• printf輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出；
• fprintf輸出到指定的流中；
• dprintf輸出到指定的文件描述符中；
• sprintf將格式化字符串寫入到指定的buffer數(shù)組中，自動(dòng)在結(jié)尾處加上一個(gè)null結(jié)尾符，但是不計(jì)入返回值中，并且，sprintf在buffer不夠大時(shí)可能發(fā)生越界，因此需要使用者保證buffer足夠大；
• snprintf防止越界，在springf的參數(shù)中增加了buffer的大小參數(shù)，所有越界寫入的字符都被忽略，如果返回值比buffer得長(zhǎng)度要小，則說(shuō)明輸出沒(méi)有被截?cái)唷?/li>

?

函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>

int scanf(const char *restrict format, ...);

int fscanf(FILE *restrict fp, const char *restrict format, ...);

int sscanf(const char *restrict buf, const char *restrict format, ...);

函數(shù)細(xì)節(jié)：

• format參數(shù)后面接得參數(shù)，包含存放讀入字符串的變量地址。

更多關(guān)于格式化輸入輸出的細(xì)節(jié)可以自己查詢Unix操作系統(tǒng)手冊(cè)。

?

函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>

int fileno(FILE* fp); ? ? ? // Returns: the file descriptor associated with the stream

如果我們需要調(diào)用dup和fcntl，則需要調(diào)用該函數(shù)。

?

標(biāo)準(zhǔn)IO庫(kù)提供了兩個(gè)函數(shù)用于創(chuàng)建臨時(shí)文件。

函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>

char* tempnam(char *ptr);

FILE* tmpfile(void);

函數(shù)細(xì)節(jié)：

• 函數(shù)tmpnam生成一個(gè)字符串，該字符串為一個(gè)合法的路徑名，并且不和任何已存在的文件重復(fù)。
• 函數(shù)tmpnam每次調(diào)用都生成不同的字符串，知道TMP_MAX次數(shù)。
• 如果函數(shù)tempnam的參數(shù)ptr為NULL，則生成的路徑字符串存在內(nèi)存靜態(tài)區(qū)，函數(shù)返回值為指向該路徑字符串的指針。如果隨后再次使用null參數(shù)調(diào)用tempnam，會(huì)覆蓋之前生成的字符串。
• 如果函數(shù)tempnam的參數(shù)ptr不是NULL，那么生成的路徑字符串存在ptr指向的數(shù)組內(nèi)，所以需要保證ptr指向的數(shù)組的長(zhǎng)度至少為L(zhǎng)_tmpnam。
• 函數(shù)tmpfile函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)二進(jìn)制文件（type wb+），程序終止或者該文件被關(guān)閉，則該文件自動(dòng)被刪除。對(duì)于UNIX操作系統(tǒng)而言，生成一個(gè)二進(jìn)制文件并沒(méi)有什么影響，因?yàn)閮?nèi)核并不區(qū)分文本文件還是二進(jìn)制文件。

Example：

Code：

#include?"apue.h"

?

int

main(void)

{

? ??char? ? name[L_tmpnam], line[MAXLINE];

? ??FILE? ? *fp;

?

? ? printf("%s/n", tmpnam(NULL)); ? ? ??/* first temp name */

?

? ? tmpnam(name); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??/* second temp name */

? ? printf("%s/n", name);

?

? ??if?((fp = tmpfile()) ==?NULL) ? ? ??/* create temp file */

? ? ? ? err_sys("tmpfile error");

? ? fputs("one line of output/n", fp);??/* write to temp file */

? ? rewind(fp); ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??/* then read it back */

? ??if?(fgets(line,?sizeof(line), fp) ==?NULL)

? ? ? ? err_sys("fgets error");

? ? fputs(line,?stdout);? ? ? ? ? ? ? ??/* print the line we wrote */

?

? ? exit(0);

}

?

在系統(tǒng)The Single UNIX Specification定義了另外兩個(gè)函數(shù)處理臨時(shí)文件：

函數(shù)聲明：

char* mkdtemp(char* template); ? ?// Returns: pointer to directory name if OK, NULL on error

int mkstemp(char* template); ? ?// Returns: file descriptor if OK, -1 on error

函數(shù)細(xì)節(jié)：

• mkdtemp函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)名字唯一的文件夾
• mkstemp函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)名字唯一的常規(guī)文件（regular file）
• 命名規(guī)則為 template + 六位隨機(jī)字符

?

有的標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出流并沒(méi)有對(duì)應(yīng)打開(kāi)的硬盤文件，所有操作都是與內(nèi)存中buffer進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這些流被叫做內(nèi)存流（memory streams）。

函數(shù)聲明：

#include <stdio.h>

FILE* fmemopen(void *restrict buf, size_t size, const char *restrict type);

// Returns: stream pointer if OK, NULL on error

函數(shù)細(xì)節(jié)：

• 參數(shù)buf指定使用的buffer，size為該buffer的大小，如果只指定size，而buf為null，那么fmemopen根據(jù)size的大小分配內(nèi)存，由fmemopen分配的內(nèi)存在流關(guān)閉時(shí)自動(dòng)被釋放；
• 參數(shù)type控制該流的功能.

?

標(biāo)準(zhǔn)IO函數(shù)庫(kù)被大多數(shù)UNIX應(yīng)用使用。

在使用的時(shí)候，注意哪里使用了buffer來(lái)處理，因?yàn)檫@是容易引起迷惑的地方。

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參考資料：

《Advanced Programming in the UNIX Envinronment 3rd》

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