Linux 程式設計學習筆記----ANSI C 檔案I/O管理

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轉載請註明出處:http://blog.csdn.net/suool/article/details/38129201

問題引入

檔案的種類

根據資料存放區的方式不同,可以將檔案分為文字檔和二進位檔案.具體的區別和關係如下:

文字檔與二進位檔案在電腦檔案系統中的實體儲存體都是二進位的，也就是在實體儲存體方面沒有區別都是01碼，這個沒有異議，他們的區別主要在邏輯儲存上，也就是編碼上。
文字檔格式儲存時是將值作為字元然後存入其字元編碼的二進位，文字檔用‘字元’作為單位來表示和儲存資料，比如對於1這個值，文字檔會將其看做字元‘1’然後儲存其ASCII編碼值（這裡假定是ASCII編碼），這樣在物理上就是0x31這個二進位值，而若是二進位儲存1，則直接儲存其二進位值，比如如果程式中是處理1為整數則儲存的二進位值就是 0x00000001 (4位元組）。
當然如果程式本來就是按字元儲存的 也就是 char ch =‘1‘ ;則二進位儲存後值就是其ASCII碼，因為該變數的二進位本來就是其ASCII碼。可以總結出二進位檔案就是值本身的編碼，那麼就是不定長的編碼了，因為值本身就是不等位元組的，如整數4個位元組那麼儲存在二進位檔案就是這四個位元組的原生二進位值。

綜上，可以知道文字檔與二進位檔案就是編碼方式不一樣而已，而這個是使用者行為，把一個資料以什麼樣的編碼（字元還是值本身）存入檔案是由使用者主動選擇的，也就是寫入的介面選擇，如果以二進位介面方式寫入檔案那麼就是一個二進位檔案，如果以字元方式寫入檔案就是一個文字檔了。既然有寫入時候的編碼也就會有讀出的編碼，只有兩個編碼對應才能讀出正確的結果，如用記事本開啟一個二進位檔案會呈現亂碼的，這裡稍微提一下尾碼名，尾碼名並不能確定其是否就是文字檔，二進位檔案也可以是txt尾碼名，尾碼名只是用來關聯開啟程式，給使用者做備忘用的，與檔案的具體編碼沒有關係。

可以使用字元介面讀寫二進位檔案，只需要做些處理即可，所以所謂的二進位檔案，文字檔主要體現在讀寫方式這裡。此外windows有一個明顯的區別是對待文字檔讀寫的時候，會將換行 \n自動替換成 \r\n。

最後文字檔和二進位檔案主要是windows下的概念，UNIX/Linux並沒有區分這兩種檔案，他們對所有檔案一視同仁，將所有檔案都看成二進位檔案。

檔案操作方式

根據應用程式對檔案的訪問方式不同,可以分為帶緩衝區的檔案操作和非緩衝檔案操作,具體區別簡單介紹如下:

緩衝檔案操作:進階檔案操作,將在使用者空間中自動為正在使用的檔案開闢記憶體緩衝區,遵循ANSI C標準的I/O函數就是緩衝檔案操作

非緩衝檔案操作:低級檔案操作,如果需要,只能由使用者自己在程式中為每個檔案設定緩衝區,遵循POSIX標準的系統調用I/O函數就是這種類型.

具體的區別見:http://www.360doc.com/content/11/0521/11/5455634_118306098.shtml

ANSI C庫函數為了實現他的特性,採用了流的概念,在流的實現中,緩衝區是最重要的單元,根據需要可以分為全緩衝,行緩衝,無緩衝.

下面就具體講一下關於ANSI  Ｃ的流和檔案I/O相關的方法和函數.

問題解析關於流及其功能

在linux系統中,系統預設為每個進程開啟了三個檔案,即是每個進程可以預設操作三個流:標準輸入資料流,輸出資料流,錯誤流.

在系統源檔案中的宏定義如下:

檔案流的主要功能是:

1‘格式化內容:實現不同輸入輸出格式轉換.

2‘緩衝功能:將資料讀寫集中,從而減少系統調用次數

檔案流指標

在應用編程層面上,程式對流的操作主要是體現在檔案流指標FILE上,操作一個檔案之前,需要使用fopen開啟檔案,之後返回該檔案的檔案流指標與該檔案關聯,所有針對該檔案的讀寫操作都是通過檔案指標完成.下面是在應用程式層能夠訪問的FILE的結構體,因此結構體成員可以在使用者空間訪問:

struct _IO_FILE {  int _flags;           /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */#define _IO_file_flags _flags  /* The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. */  /* Note:  Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */  char* _IO_read_ptr;   /* Current read pointer */  char* _IO_read_end;   /* End of get area. */  char* _IO_read_base;  /* Start of putback+get area. */  char* _IO_write_base; /* Start of put area. */  char* _IO_write_ptr;  /* Current put pointer. */  char* _IO_write_end;  /* End of put area. */  char* _IO_buf_base;   /* Start of reserve area. */  char* _IO_buf_end;    /* End of reserve area. */..............  int _fileno;                         / 檔案描述符#if 0}

上面那個結構體中包含了I/O庫為管理該流所需要的所有資訊.

下面是列印了一個開啟的檔案流指標指標成員資訊的樣本程式,在此程式中,使用標準的C庫函數實現了檔案的複製操作,在複製過程中,即時列印當前的讀寫位置和緩衝區資訊.

代碼如下:

#include <stdlib.h>#include <stdio.h>#include <string.h>#define prt(CONTENT,MSG) printf(CONTENT":\t%p\n",MSG)int main(int argc, char *argv[]){    FILE *fp_src,*fp_des;                                // 檔案讀寫指標     char buffer[10],buffer1[128];                        // 檔案讀寫緩衝區    int i;    if((fp_src=fopen(argv[1],"r+"))== NULL)             // 從第一個命令列檔案參數,讀檔案    {        perror("open1");        exit(EXIT_FAILURE);    }    if((fp_des=fopen(argv[2],"w+"))== NULL)              // 從第二個命令列檔案參數,寫檔案    {        perror("open2");        exit(EXIT_FAILURE);    }    setvbuf(fp_src,buffer1,_IOLBF,128);                  // 顯式設定緩衝區的位置和類型    do    {        /*         * 以下的prt內容均是屬於提示性內容,是讀取應用程式層所能訪問的FILE結構體得到的.         */        prt("src_IO_read_ptr",fp_src->_IO_read_ptr);     // 源檔案讀位置,source        prt("_IO_read_end",fp_src->_IO_read_end);        prt("_IO_read_base",fp_src->_IO_read_base);        prt("src_IO_write_ptr",fp_src->_IO_write_ptr);        prt("_IO_write_base",fp_src->_IO_write_base);        prt("_IO_write_end",fp_src->_IO_write_end);        prt("_IO_buf_base",fp_src->_IO_buf_base);        // 源檔案緩衝區位置        prt("_IO_buf_end",fp_src->_IO_buf_end);        memset(buffer,'\0',10);        i = fread(buffer,1,10,fp_src);                   // 讀        fwrite(buffer,1,i,fp_des);                       // 寫        prt("des_IO_read_ptr",fp_des->_IO_read_ptr);          prt("des_IO_write_ptr",fp_des->_IO_write_ptr);   // 目標檔案寫位置    }while(i==10);    fclose(fp_src);    fclose(fp_des);                                      // 關閉檔案讀寫}

運行結果如下:

最終成功複製.

緩衝區類型

剛剛說了三種緩衝區類型,他們依然在系統原始碼檔案有所定義.

對於標準流ANSI C有如下的要求:

1.標準輸入輸出:若且唯若不涉及互動作用裝置時,他們才是全緩衝的

2.標準錯誤:絕不會是全緩衝的

下面是用於測試緩衝區類型的樣本程式.

代碼:

#include <stdio.h>void pr_stdio(const char *, FILE *);int main(void){    FILE    *fp;    fputs("enter any character\n", stdout);    if(getchar()==EOF)        printf("getchar error");    fputs("one line to standard error\n", stderr);    pr_stdio("stdin",  stdin);                    // test for standard input stream    pr_stdio("stdout", stdout);                   // test for standard output stream    pr_stdio("stderr", stderr);                   // test for standard error stream    if ( (fp = fopen("/etc/motd", "r")) == NULL)  // 普通檔案        printf("fopen error");    if (fgetc(fp) == EOF)        printf("getc error");    pr_stdio("/etc/motd", fp);    return(0);}void pr_stdio(const char *name, FILE *fp){    printf("stream = %s, ", name);     if (fp->_flags & _IO_UNBUFFERED)              // 無緩衝        printf("unbuffered");    else if (fp->_flags & _IO_LINE_BUF)           // 行緩衝        printf("line buffered");    else        printf("fully buffered");                 // 全緩衝    printf(", buffer size = %ld\n", fp->_IO_buf_end-fp->_IO_buf_base);}

結果如下:

指定緩衝區類型,通過sretbuf函數.其中三種緩衝的定義如下:

一個範例程式碼如下:

/* Example show usage of setbuf() &setvbuf() */#include<stdio.h>#include<error.h>#include<string.h>int main( int argc , char ** argv ){    int i;    FILE * fp;    char msg1[]="hello,wolrd\n";    char msg2[] = "hello\nworld";    char buf[128];    //open a file and set nobuf(used setbuf).and write string to it,check it before close of flush the stream    if(( fp = fopen("no_buf1.txt","w")) == NULL)    {        perror("file open failure!");        return(-1);    }    setbuf(fp,NULL);                                    // set the buff NULL    memset(buf,'\0',128);    fwrite( msg1 , 7 , 1 , fp );                        // write message to file    printf("test setbuf(no buf)!check no_buf1.txt\n");    printf("now buf data is :buf=%s\n",buf);            // test buff    printf("press enter to continue!\n");    getchar();    fclose(fp);    //open a file and set nobuf(used setvbuf).and write string to it,check it before close of flush the stream    if(( fp = fopen("no_buf2.txt","w")) == NULL)    {        perror("file open failure!");        return(-1);    }    setvbuf( fp , NULL, _IONBF , 0 );    memset(buf,'\0',128);                                // clear the buff    fwrite( msg1 , 7 , 1 , fp );    printf("test setvbuf(no buf)!check no_buf2.txt\n");    printf("now buf data is :buf=%s\n",buf);    printf("press enter to continue!\n");    getchar();    fclose(fp);    //open a file and set line buf(used setvbuf).and write string(include '\n') to it,    //    //check it before close of flush the stream    if(( fp = fopen("l_buf.txt","w")) == NULL)    {        perror("file open failure!");        return(-1);    }    setvbuf( fp , buf , _IOLBF , sizeof(buf) );    memset(buf,'\0',128);    fwrite( msg2 , sizeof(msg2) , 1 , fp );    printf("test setvbuf(line buf)!check l_buf.txt, because line buf ,only data before enter send to file\n");    printf("now buf data is :buf=%s\n",buf);    printf("press enter to continue!\n");    getchar();    fclose(fp);    //open a file and set full buf(used setvbuf).and write string to it for 20th time (it is large than the buf)    //check it before close of flush the stream    if(( fp = fopen("f_buf.txt","w")) == NULL)    {        perror("file open failure!");        return(-1);    }    setvbuf( fp , buf , _IOFBF , sizeof(buf) );    memset(buf,'\0',128);    fwrite( msg2 , sizeof(msg2) , 1 , fp );    printf("test setbuf(full buf)!check f_buf.txt\n");    printf("now buf data is :buf=%s\n",buf);    // check data of the current buff     printf("press enter to continue!\n");    getchar();    fclose(fp);}

result:

ANSI C 檔案I/O操作

1.開啟關閉檔案三個函數:

fopen()

fclose()

fflush()  // 重新整理流

具體代碼見stdio.h原始碼

2.讀寫檔案

字元單位

1.字元讀

從流中讀取

從stdin中:

/* Read a character from stdin.   This function is a possible cancellation point and therefore not   marked with __THROW.  */extern int getchar (void);

2.字元寫

/* Write a character to STREAM.   These functions are possible cancellation points and therefore not   marked with __THROW.   These functions is a possible cancellation point and therefore not   marked with __THROW.  */extern int fputc (int __c, FILE *__stream);extern int putc (int __c, FILE *__stream);/* Write a character to stdout.   This function is a possible cancellation point and therefore not   marked with __THROW.  */extern int putchar (int __c);

行單位

行讀出&行寫入

/* Write a string to STREAM.   This function is a possible cancellation point and therefore not   marked with __THROW.  */extern int fputs (const char *__restrict __s, FILE *__restrict __stream);/* Write a string, followed by a newline, to stdout.   This function is a possible cancellation point and therefore not   marked with __THROW.  */extern int puts (const char *__s);

塊單位

讀寫

/* Read chunks of generic data from STREAM.   This function is a possible cancellation point and therefore not   marked with __THROW.  */extern size_t fread (void *__restrict __ptr, size_t __size,     size_t __n, FILE *__restrict __stream) __wur;/* Write chunks of generic data to STREAM.   This function is a possible cancellation point and therefore not   marked with __THROW.  */extern size_t fwrite (const void *__restrict __ptr, size_t __size,      size_t __n, FILE *__restrict __s);

檔案流檢測

即是檢測檔案是否已經讀寫到末尾或者出錯.,使用feof函數.

對於ascii碼檔案,可以通過是否=EOF判斷

對於二進位檔案,則需要使用feof來判斷是否結束,結束返回1.否則返回0.

ferror函數判斷是否出錯,無錯返回0.

檔案流定位

ftell()函數返迴流的當前讀寫位置距離檔案開始的位元組數

fseek()函數修改當前讀寫位置

rewind()函數重設讀寫位置到開頭.

/* Seek to a certain position on STREAM.   This function is a possible cancellation point and therefore not   marked with __THROW.  */extern int fseek (FILE *__stream, long int __off, int __whence);/* Return the current position of STREAM.   This function is a possible cancellation point and therefore not   marked with __THROW.  */extern long int ftell (FILE *__stream) __wur;/* Rewind to the beginning of STREAM.   This function is a possible cancellation point and therefore not   marked with __THROW.  */extern void rewind (FILE *__stream);

執行個體應用

為實現磁碟檔案的複製,在ANSI C 的標準下,首先需要將源檔案和目標檔案建立聯絡以讀的方式開啟源檔案,以寫的方式開啟目標檔案,先將源檔案的資料集中寫到緩衝區,然後從記憶體寫入目標檔案所在的磁碟.

其中最重要的是判斷檔案的是否結束.一種方式是使用feof函數,另一種方式是使用讀操作的返回值,比如,每次讀128位元組,只有讀到結束位置的時候毒的位元組數會小於128,如果出錯則返回-1.

一種實現代碼如下:

#include<stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){    FILE *fp=NULL;    char ch;    if(argc<=1)    {        printf("check usage of %s \n",argv[0]);        return -1;    }if((fp=fopen(argv[1],"r"))==NULL)//以唯讀形式開啟argv[1]所指明的檔案    {        printf("can not open %s\n",argv[1]);        return -1;    }    while ((ch=fgetc(fp))!=EOF)   //把已開啟的檔案中的資料逐位元組的輸出到標準輸出stdout        fputc(ch,stdout);    fclose(fp);       //關閉檔案    return 0;}

具體結果就不示範了.可以自行編譯驗證.

ElSE

流的格式化輸入和輸出操作

其實就是幾個函數的講解,這個部分很多資料,所以不在講了,具體的可以自己google或者看原始碼了.

1.

printf()和scanf(0函數.

2.

fprintf()函數和fscanf()函數

3.sprintf函數

4.sscanf()函數

下面貼一下一個使用sscanf擷取cpu頻率的樣本程式:

#include <stdio.h> #include <string.h> float get_cpu_clock_speed () {       FILE* fp;       char buffer[1024];       size_t bytes_read;       char* match;       float clock_speed;              fp = fopen ("/proc/cpuinfo", "r");       bytes_read = fread (buffer, 1, sizeof (buffer), fp);       fclose (fp);       if (bytes_read == 0 || bytes_read == sizeof (buffer))       return 0;       buffer[bytes_read] = '\0';       match = strstr (buffer, "cpu MHz");//匹配       if (match == NULL)       return 0;       sscanf (match, "cpu MHz : %f", &clock_speed);//讀取       return clock_speed; } int main (void) {       printf ("CPU clock speed: %4.0f MHz\n", get_cpu_clock_speed ());       return 0; }

result:

reference

關於二進位和文字檔 http://www.cnblogs.com/whutzhou/p/3215210.html

linux進階程式設計 李宗德

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