流与FILE对象

在标准IO中，所有的操作都是围绕流（stream）进行的。当用标准IO库打开或创建一个文件时，我们已使一个流与一个文件相关联。

对于ASCII字符集，一个字符用一个字节表示。对于国际字符集，一个字符可以用多个字节表示。标准IO文件流可用单个字节和多字节字符集。
流的定向决定了所读、写的字符是单字节还是多字节的。
当一个流最初被创建时，他并没有指向。如若要在为指向的流上使用一个多字节IO函数，则将该流定向设置为字节定向的。只有两个函数可以改变流的定向：freopen、fwide。

fwid设置流的定向

int fwide(FILE *fp, int mode);
返回值：宽定向为正值，字节定向为负值，未定向返回0

根据mode参数的不同值，fwide函数执行不同的工作。

• 若mode为负数，fwide试图使指定的流是字节定向的
• 若mode为正数，fwide试图使指定的流是宽定向的
• 若mode为0，fwide不试图设置流的定向，但返回标识该流定向的值。

标准输入、标准输出和标准出错

对于一个进程预定义了三个流，并且这三个流可以自动地被进程使用，他们是：标准输入、标准输出、标准出错。
这三个标准IO流通过预定义文件指针stdin、stdout、stderr加以引用。这三个指针在头文件stdio中。

缓冲

标准IO库提供缓冲地目的是尽可能减少使用read和write调用地次数。它也对每个IO流自动地进行缓冲管理，从而避免了应用程序需要考虑这一点所带来的麻烦。但是，标准IO最令人迷惑的也是他的缓冲。

标准IO库有三种类型的缓冲：

• 全缓冲。这种情况下，在填满标准IO缓冲后才进行实际IO操作。对于驻留在磁盘上的文件通常是由标准IO库实施全缓冲的。在一个流上执行第一次IO操作时，相关标准IO函数通常调用malloc获得需使用的缓冲区。
• 行缓冲。在这种情况下，在输入和输出中遇到换行付时，标准IO库才执行IO操作。
  对于行缓冲有两个限制。第一，标准IO库用来手机每一行的缓冲区的长度是固定的，所以只要填满了缓冲区，即使没有换行符，也进行IO操作。第二，任何时候只要通过标准IO库要求从一个不带缓冲的流，或者一个行缓冲的流得到数据，那么就会造成冲洗所有行缓冲输出流
• 不带缓冲。标准IO库不对字符进行缓冲存储。将字符立刻写入相关的打开文件上。

标准出错流stderr通常是不带缓冲的，这就使得出错信息可能尽快显示出来，而不管他们是否含有一个换行符。

ISO C要求下列缓冲特性：

• 当且仅当标准输入和标准输出并不涉及交互式设备时，他们才是全缓冲。
• 标准出错决不会是全缓冲的。
• 如若涉及终端设备的其他流。

对于任何一个给定的流，我们可以调用函数修改缓冲类型：

#include <stdio.h>
void setbuf(FILE *stream, char *buf);
int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode
, size_t size);
成功返回0，不成功返回非0

setbuf适用于打开或关闭缓冲机制。参数buf未只当一个长度BUFSIIZE的缓冲区。通常再次之后就是全缓冲。将buff设置成NULL，关闭缓冲。

使用setvbuf，我们可以精确的指定所需的缓冲类型，mode参数类型实现的。

• _IONBF unbuffered
• _IOLBF line buffered
• _IOFBF fully buffered

如果指定一个不带缓冲的流，则忽略buf和size参数。如果指定全缓冲或行缓冲，则buf和size可选择地指定一个缓冲区及其长度。

强制冲洗流

int fflush(FILE *fp);

打开流

#include <stdio.h>

FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
FILE *fdopen(int fd, const char *mode);
FILE *freopen(const char *pathname, const char *mode, FILE *stream);

fopen：打开一个指定文件名的文件。
fdopen：打开一个文件描述符的文件。该函数常用于创建管道和网络通信函数返回描述符。
freopen：在一个指定流上打开一个执行文件。若该流已经打开，则先关闭该流。若该流已经定向，则freopen删除该定向。

mode参数指定该IO流的读、写方式。

使用字符b作为type的一部分，这使得标准IO系统可以区分文本文件和二进制文件。因为UNIX没有对这两类文件做区分。

当使用fdopen的时候，因为文件描述符已经被打开，所以在写的时候不会对文件进行截短操作。

当以读和写类型打开一个文件是，具有一些限制：

• 中间没有fflush、fseek、fsetpos或rewind，则在输出的后面不能直接跟随输入。

fclose关闭打开的流。

#include <stdio.h>
int fclose(FILE *stream);

读和写流

• 每次一个字符的IO。一次读或写一个字符，如果带缓冲，则标准IO函数会处理所有缓冲。
• 每次一行的IO。如果想要读或写一行，则使用fgets、fputs，每行以换行符终止。
• 直到IO。fread、fwrite函数支持这种类型的IO。每次IO操作读或写某种数量的对象。这两个函数常用于从二进制文件中每次读或写一个结构。

输入函数

#include <stdio.h>

int fgetc(FILE *stream);
int getc(FILE *stream);
int getchar(void);

getchar等价于getc(stdin)。前两个函数的区别是getc能被实现成宏，fgetc不能。getc的参数不应当是具有副作用的表达式。

这三个函数在返回下一个字符时，会将unsigned char转为int，转换为整型是为了可以返回所有的可能的字符值以及出错的字符。（EOF为-1）所以不能将返回值存放到char中，因为还要和EOF比对。

注意：不管是出错还是到达文件尾端，这三个函数都返回同样的值，为了区分这两种不同的情况，需要调用ferror和feof

#include <stdio.h>
void clearerr(FILE *stream);

int feof(FILE *stream);
int ferror(FILE *stream);
条件为真返回非0，否则为0

在大多数实现中，为每个流在FILE对象中维持两个标志：

• 出错标志
• 文件结束标志

调用clearerr清楚标识。

从流中读取数据以后，可以调用ungetc将字符再压送回流中。（分字或分记号操作）

int ungetc(int c, FILE *stream);
成功返回c，不成功EOF

压送回到流中的字符以后又可以从流中读出，但读出的字符顺序于押送会的顺序相反。

输出函数

#include <stdio.h>
int fputc(int c, FILE *stream);
int putc(int c, FILE *stream);
int putchar(int c);

每次一行IO

以下两个函数支持每次输入一行的操作：

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
char *gets(char *s);

fgets必须指定缓冲区的长度，此函数一直读到下一个换行符为止，但是不超过n-1个字符，写入的字符被送到缓存区。该缓存区以NULL字段结尾。若该行的字符超过n-1，则fgets返回一个不完整的行，但是缓存区还是以NULL结尾。

以下两个函数支持每次输出一行的操作：

int fputs(const char *s, FILE *stream);
int puts(const char *s);

标准IO效率

使用标准IO的一个优点是无需考虑缓冲及最佳IO长度的选择。在使用fgets时需要考虑最大行长，但是与选择最佳IO长度相比，这要方便很多。

二进制IO

如果进行二进制IO操作，那么我们更愿意一次读或写整个结构。如果使用getc和putc读、写一个结构，那么必须循环整个结构，每次循环处理一个字节，一次读或写一个文件。
如果使用fputs和fgets，那么因为fputs在遇到null字节时就停止，而在结构中包含null字节，所以不能使用他来读结构的需求。因此，提供下面两个函数可以执行二进制IO操作。

#include <stdio.h>
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb,
                     FILE *stream);

参数ptr为指向要读取/写入的数组中首个对象指针；size为每个对象的大小，单位是字节；nmemb：要读取/写入的对象个数；stream：输入流

返回值为读/写入的对象数。

定位流

有三种定位标准IO流的方法；

• ftell和fseek函数。假设位置的数量不超过一个长整型。
• ftello和fseeko，这两个函数可以使文件偏移量不必一定使用长整型。它们使用off_t数据类型代替长整型。
• fgetpos和fsetpos，这两个函数使用一个抽象的数据类型fpos_t记录文件位置。这种数据类型可以定义为记录一个文件位置所需的长度。

#include <stdio.h>

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
long ftell(FILE *stream);

void rewind(FILE *stream);

int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *pos);
int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *pos);

对于一个二进制文件，其文件位置执行器是从文件起始位置开始度量。并以字节为计量单位。ftell用于二进制文件时，返回值时这种字节位置。
为了用fseek定位一个二进制文件，必须指定一个字节offset，并解释这种偏移量的方法。whence的值与lseek函数的相同：

• 如果 whence 是 SEEK_SET（设置请求（偏移）），则该文件的偏移量设置为距文件开始处 offset 个字节处。
• 如果 whence 是 SEEK_CUR（当前请求（偏移）），则该文件的偏移量设置为当前值加 offset（offset 可以带负号）。
• 如果 whence 是 SEEK_END（结尾请求（偏移）），则该文件的偏移量设置为距文件结束的 offset 位置（可加可减）。

对于文本文件，他们的文件当前位置可能不以简单的字节偏移量来度量，主要原因是可能存放不同格式的文本文件。为了定位一个文本文件，whence一定要时SEEK_SET，而offset执行有两种值：0（绕回到文件的起始位置），或时对该文件调用ftell返回的值。使用rewind函数可以将一个流设置到文件的起始位置。

除了返回值的类型时off_t之外，fseeko与fseek相同，ftello与ftell相同。

int fseeko(FILE *stream, off_t offset, int whence);
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

long ftell(FILE *stream);
off_t ftello(FILE *stream);

实现可将off_t类型定义为长于32位。

int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *pos);
int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *pos);

fgetpos将文件位置指示器的当前值存入由pos指向的对象中。在以后调用fsetpos可以设置此值将流重新定位到该位置。

格式化IO

格式化输出

int printf(const char *format, ...);
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

int sprintf(char *str, const char *format, ...);
int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);

格式说明控制其余参数如何编写，以后如何现实。每个参数按照转换说明编写，转换说明以字符&开始。出转换说明以外，格式化字符串中的其他字符将按原样，不经任何修改的被复制输出。一个转换说明分为4个部分：

%[flags][fldwidth][precision][lenmodifier]convtype

flags：

fldwidth说明转换的最小字段宽度。
precision说明整型转换后最小输出数字位数。
lenmodifier说明参数长度。

convtype时必选的。他控制如何解释参数。

int vprintf(const char *format, va_list ap);
int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va_list ap);
int vdprintf(int fd, const char *format, va_list ap);
int vsprintf(char *str, const char *format, va_list ap);
int vsnprintf(char *str, size_t size, const char *format, va_list ap);

上面的输出格式与不带v的类似，只是可变参数表换成了va_list类型。它是在函数内部通过 va_start 和 va_end 配合使用的。

va_list是在<cstdarg>中定义的特殊类型。

常规情况下，输出到控制台，多数情况下使用 printf 函数即可。当你需要自己写一个自定义printf函数时候才需要vprintf。（实际上printf底层就是调用vprintf函数来讲内容输出到控制台的）

格式化输出

#include <stdio.h>

int scanf(const char *format, ...);
int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
int sscanf(const char *str, const char *format, ...);

int vscanf(const char *format, va_list ap);
int vsscanf(const char *str, const char *format, va_list ap);
int vfscanf(FILE *stream, const char *format, va_list ap);

临时文件

ISO C标准IO库提供了两个函数以帮助创建临时文件。

#include <stdio.h>

char *tmpnam(char *s);
FILE *tmpfile(void);

tmpnam函数产生一个与现有文件名不同的一个有效路径名字符串。每次调用它时，它都会产生一个不同的路径名，最多调用次数TMP_MAX。

如果s时NULL，则所产生的路径明存放在一个静态区中。指向静态区的指针作为函数返回值。下一次调用tmpnam时，会重写该静态区。若s不是NULL，则认为它指向长度至少是L_tmpnam个字符的数组。所产生的路径名存放在该数组中，ptr作为函数返回值。

tmpfile函数创建一个临时二进制文件（wb+），在关闭该文件或程序结束时讲自动删除这种文件。