零点起飞学LinuxC之标准输入输出.pptx

第9章 标准输入输出 输入输出是指基于标准输入输出库实现的系统调 用。由于用户经常需要进行这方面开发，系统提 供了丰富的函数，并封装成库。使用该库，可以 解决大部分输入输出问题。本章将详细讲解标准 输入输出的基本操作、非格式化输入输出和格式 化输入输出。 9.1 标准输入输出的基本操作 与上一章中介绍的输入输出函数不同，标准输入 输出操作是通过文件控制结构FILE进行的。文 件控制结构中包含处理文件所需的全部信息，例 如文件名、文件当前的读写位置、用于该文件读 写的内存缓冲区位置等。打开文件时，系统会在 内存中自动建立该文件的控制结构。关闭文件时 ，文件控制结构被释放。在对文件进行操作之前 ，要首先获取文件的指针，即指向文件控制结构 的指针，后续操作都通过该指针进行。 9.1.1 打开文件 操作文件之前要打开文件，打开文件的函数为fopen ，其一般形式为： FILE *fopen(const char *filename, const char *modes); 其中，filename表示要打开的文件名，可以是文件名 字符串的首地址，也可以是双引号引起来的文件名 字符串；modes表示打开方式，取值如表所示。 参数说明 r只读，文件必须已存在 w只写，如果文件不存在则创 建新文件，如果文件已存在则替换文件原有内容 a在文件末尾追加，如果文件不存在则创 建新文件 r+读和写，文件必须已存在 w+ 读和写，如果文件不存在则创 建新文件，如果文件已存在则替换文件原有内 容 a+读和追加，如果文件不存在则创 建新文件 9.1.1 打开文件 如果文件成功打开，则fopen函数返回一个文件 指针；如果文件不存在或由于其他原因而没有成 功打开，则返回NULL，并将错误码存在errno之 中。errno是一个整型变量，后面将会详细介 绍。 例如打开当前目录下的hello.c文件。 FILE * fp; fp = fopen(“./hello.c“, “r“); 上面的代码中首先定义了一个文件指针，然后以 只读方式打开文件。如果文件打开成功，文件的 指针存在变量fp之中。 9.1.2 关闭文件 对文件操作完成后，应该关闭文件，这样可以释放所占用的资源。 关闭文件的函数为fclose，其一般形式为： int fclose(FILE *fp); 其中，参数fp为要关闭文件的指针。如果文件成功关闭，则fclose函 数返回0。在该函数返回前，系统会将缓冲区内的数据全部写入文件 中；如果文件关闭时出错，如传给它的为一个无效文件指针，则返 回EOF，并将错误码存在errno之中。EOF的定义在头文件stdio.h之 中，如下所示： 132 /* End of file character. 133 Some things throughout the library rely on this being -1. */ 134#ifndef EOF 135 # define EOF (-1) 136 #endif 注意：132表示该代码在stdio.h中的位置。 可以看到，EOF的值为-1。 【实例9-1】下面编写一个程序，来说明文件打开与关闭函数的使用 方法。( example1.c ) 9.1.3 清空缓冲区 刷新缓冲区用于将缓冲区中的数据清除，Linux 提供fflush和fpurge来完成该工作，他们的一般形 式为： int fflush(FILE *fp); int fpurge(FILE *fp); fflush函数将缓冲区中的数据写入到磁盘文件或 输出到用户终端，同时清空缓冲区；fpurge函数 将缓冲区中的数据直接清除，包括尚未读取或写 入的数据。 9.1.4 设置缓冲区属性 根据缓冲区操作时机，缓冲区的类型有下面三种： 全缓冲：缓冲区被填满后才执行输入输出操作，将 数据写入到磁盘文件或输出到用户终端； 行缓冲：缓冲区中填入换行符时，执行输入输出操 作； 无缓冲：不对数据进行缓存，标准错误输出stderr一 般就是无缓冲的，这可以使错误信息尽快地显示出 来。 缓冲区的大小和类型等都可以通过函数来设置。打 开文件后，用户可以使用下面的函数来设置自己的 文件缓冲区，而不使用fopen函数打开文件设定的默 认缓冲区。 9.1.4 设置缓冲区属性 int setvbuf(FILE *fp, char *buf, int mode, size_t size); 其中，参数fp指向已经打开的文件；buf为用户设定的缓冲区；mode为缓冲 区的类型，可以取为_IOFBF、_IOLBF或_IONBF，分别表示全缓冲、行缓 冲或无缓冲；size为缓冲区的大小。 除setvbuf函数外，还有如下三个函数： int setbuf(FILE *fp, char *buf); int setbuffer(FILE *fp, char *buf, size_t size); int setlinebuf(FILE *fp); setbuf函数中，如果buf设为NULL，缓冲区将被设为无缓冲，否则设置全缓 冲，缓冲区的大小由头文件stdio.h中的常量BUFSIZE决定，默认情况下为 512字节。该函数等价于： setvbuf(FILE *fp, char *buf, buf?_IOFBF:_IONBF, BUFSIZE); setbuffer函数中，如果buf设为NULL，缓冲区将被设为无缓冲，否则设置全 缓冲，缓冲区的大小由参数size决定。该函数等价于： setvbuf(FILE *fp, char *buf, buf?_IOFBF:_IONBF, size_t size); setlinebuf函数将缓冲区设为行缓冲，它等价于： setvbuf(FILE *fp, NULL, _IOLBF, 0); 9.2 非格式化输入输出 非格式化输入输出是指输入或者输出的时候，不 指定数据的格式，只是单纯的读取或者写入数 据。根据读取数据的多少，可以分为单字节、字 符串、数据块三种类型。下面分别介绍这三种类 型的输入输出。 9.2.1 单字节输入输出 单字节输入输出是指从缓冲区读取或者写入一个 字符。Linux提供了fgetc和fputc函数来完成这项 工作。下面依次进行讲解。 1.单字节读取fgetc函数 从文件中读取单个字节可以使用fgetc函数，它的一般形式为： int fgetc(FILE *fp); 该函数的功能是从指定的文件中读一个字节。如果操作成功，函数 返回读到字节，如果出错或读到文件末尾时则返回EOF。文件的控 制结构中记录着当前的读写位置，也称为偏移量（Offset），即读写 位置距离文件开头的字节数。当文件打开时，读写位置为0，每调用 一次fgetc函数，读写位置向后移动一个字节，因此可以连续多次调 用fgetc函数来依次读取多个字节。 注意，函数原型中的返回值为int型，即将字节转换为整型之后返回 的，这主要是为了区分EOF和0xff字节。如果需要保存fgetc的返回 值，一定要保存在int型变量中。 除了上面介绍fgetc函数外，还有一个getchar函数，它是从标准输入 读一个字节，一般形式为： int getchar(); 该函数等价于： int fgetc(stdin); 2.单字节写入fputc函数 向指定的文件写一个字节可以使用fputc函数，它的一般 形式为： int fputc(int c, FILE *fp); 使用该函数时，文件的打开方式必须是可写或可追加 的。每调用一次fputc函数，读写位置向后移动一个字节 ，因此可以连续多次调用fputc函数来依次写入多个字 节。如果文件是以追加方式打开的，每次调用fputc函数 总是将读写位置移到文件末尾，然后将要写入的字节追 加到后面。 同样，函数putchar可以向标准输出写一个字节，一般形 式为： int putchar(int c); 该函数等价于： int fputc(c, stdout); 2.单字节写入fputc函数 【实例9-2】下面编写一个程序，从键盘读入一串字符写到一个文件之中，然后再从文件读 出这些字符输出到屏幕上。( example2.c ) 此时，可以查看文件test的内容： $ cat ./test 在上面的程序中，我们使用了rewind函数，它的作用是将文件的读写位置移至文件的开头 ，其一般形式为： void rewind(FILE * fp); 除了rewind函数外，还有两个函数可以操作文件的读写位置，它们是fseek函数和ftell函 数。fseek函数的原型为： int fseek(FILE *fp, long offset, int whence); 该函数的功能是移动文件的读写位置。其中参数fp为已打开的文件指针；参数offset为移动 的字节数；参数whence的值可以为0、1或2，分别表示从文件开头移动、从当前位置移 动、或从文件末尾移动，这些值也可以使用SEEK_SET、SEEK_CUR、以及SEEK_END来 表示。 例如将读写位置移动到文件的开头： fseek(fp, 0, SEEK_SET); 将读写位置移动到文件的末尾： fseek(fp, 0, SEEK_END); fseek函数调用成功时，返回值为0，如果出错则返回EOF，并将错误码存在errno之中。 ftell函数可以返回当前的读写位置，一般形式为： long ftell(FILE *fp); 如果函数调用成功，则返回当前读写位置，出错则返回EOF，并将错误码存在errno之中。 2.单字节写入fputc函数 【实例9-3】下面编写一个程序，读取文件开头 的第1、3、5、7字节并输出到屏幕。( example3.c ) 9.2.2 字符串输入输出 字符串输入输出是指从缓冲区读取或者写入多个 字符。Linux提供了fgets和fputs函数来完成这项 工作。下面依次进行讲解。 1.字符串读取fgets函数 fgets函数可以从指定的文件中读一行字符到缓冲区中，一般形式为： char *fgets(char *s, int n, FILE *fp); 其中，参数s为缓冲区的首地址，n为读取字符的个数。该函数从文件中读 取字符时，达到以下任何一个条件时，函数将返回。 已经读取到了n-1个字符； 读取到回车符； 读到了文件末尾。 其中读取到回车符时，该字符也会被送入参数s指向的缓冲区之中。读取结 束后，fgets函数会再向缓冲区送入一个NULL字符，以作为字符串结尾。从 上面的可以看到，虽然参数n指定了读取字符的个数，但实际读到得字符串 长度往往比指定的长度要短，这主要是由于读到回车符就结束的缘故。 对于fgets函数来说，回车符是一个特殊字符，但NULL属于普通字符。也就 是说，如果在文件中存在NULL字符，调用该函数之后会作为普通字符读入 ，这样，缓冲区中的NULL字符无法判断是从文件中读取的字符还是自动添 加的结束符，所以该函数只适合读取文本文件，并且文本文件中的所有字 符都应该是可见字符。 【实例9-4】下面编写一个程序，显示文件内容并同时输出行号。 (example4.c ) 2.字符串写入fputs函数 fputs函数可以向指定的文件写入一个字符串，一般形式为： int fputs(const char *s, FILE *fp); 其中，参数s为指向字符数组的指针，或为字符串常量。将字 符串写入到文件时，并不写入字符串结尾的NULL字符。与前 面的fgets函数不同，fputs函数不关心字符串中是否存在回车 符。 【实例9-5】下面使用fgets函数和fputs函数来逐行复制一个文 本文件。( example5.c ) 上面的程序中，使用了feof函数来测试读写位置是否到达文件 末尾，该函数的一般形式为： int feof (FILE *fp); 如果读写位置已经到达文件末尾，则返回1，否则返回0。该 函数在处理二进制文件时特别有用，因为在二进制文件中 EOF为一个合法的数据。 9.2.3 数据块输入输出 数据块，是指一串固定长度的字节，例如一个整型数据、一个结构体，或 一个固定长度的数组等。对文件进行输入输出操作，也可以以数据块为单 位进行。 从文件中读取数据块可以使用fread函数，它的一般形式为： size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *fp); 其中，参数ptr为缓冲区的首地址，size为要读取的数据项的长度，n为要读 取的数据项的个数，fp为已经打开的文件的指针。fread函数的功能就是从 文件fp中读取size*n个字节，并保存到缓冲区ptr之中。该函数的返回值为实 际读取的数据项个数。由于读取过程中可能会出错或文件结束，实际读取 的数据项个数小于等于参数n。 注意：如果fp指向的文件以文本方式打开的，则该函数会将回车换+行符转 换为换行符，而如果是以二进制方式打开的，则不进行任何转换。 向文件中写入数据块可以使用fwrite函数，它的一般形式为： size_t fwrite(void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *fp); 该函数将ptr指向的缓冲区中的数据写入到由fp指向的文件中，写入的长度 由size和n决定。函数的返回值为实际写入的数据项个数，如果写入过程中 出错，返回值小于n。 9.2.3 数据块输入输出 【实例9-6】下面的例子由两个程序组成，一个 程序将数据保存到文件之中，另一个程序和从文 件中读取数据。( example6.c ) 这样，三个学生的学号和成绩就被保存到了文件 之中。 【实例9-7】下面编写程序，从文件中读取数据 并输出到屏幕。( example7.c ) 可以看到，三个学生的学号和成绩被从文件中读 出并输出到了屏幕上。 9.3 格式化输入输出 格式化输入输出就是将输入或者输出的字符按照规定的格式进行格 式化后再进行输入或者输出。格式化输出可以使用函数fprintf和 printf。 fprintf函数的一般形式为： int fprintf(FILE *fp, const char *format, . ); 其中参数fp为输出文件的指针，format为输出的格式，后面跟输出项 ，该函数的功能是按照指定的格式向文件fp中输出信息。 printf函数的一般形式为： int printf(const char *format, . ); 该函数等价于： int fprintf(stdout, const char *format, . ); 下面对函数中的输出格式进行详细介绍，如下所示： % +/- 0 m.n l 转换字符 输出格式以%号开头，以转换字符结尾，前面使用时都是%号后直 接加转换字符，例如%d、%s等，其实在这两个字符之间还可以插 入一些可选项。 1转换字符 转换字符用来指定输出项的输出形式，如表所 示。 字母输出形式示例 d十进制整数16 o八进制整数77 x十六进制整数0xF u无符号十进制整数10 c单个字符A s字符串ABC e指数形式的浮点数1.230000e-01 f小数形式的浮点数0.123000 ge和f中较短的一种0.123 %百分号本身% 2指定输出精度 在字母d、u、e、f以及g等的前面加字母l，例如 %ld、%le，表示输出长整型（long）或双精度浮 点型（double）。 3指定输出长度 通过m.n的形式可以指定输出数据的长度，其中字母m为输出数据的总字符长度，n为输出数据小数部分 的字符长度。 【实例9-8】输出一个浮点数，要求整个数据占6个字符位置，其中小数部分占4个字符位置。 double x=0.123; printf(“%6.4fn“, x); 输出结果为： 0.1230 【实例9-9】输出一个整数，要求整个数据占8个字符位置。 int x=1234; printf(“%8dn“, x); 输出结果为： 1234 说明：输出结果前面有4个空格。 输出字符串时，也可以使用m.n来指定输出长度，这时字母m为字符串占用的总字符长度，n为实际输出 的字符个数。 【实例9-10】输出一个字符串的前3个字符，但整个字符串占5个字符位置。 char ch=”ABCD”; printf(“%5.3sn“, ch); 输出结果为： ABC 说明：输出结果前面有2个空格。 4空位填零 这一项只在输出数值时有效，当指定时，不使用 的输出位置自动填0；不指定时，这些位置空 白。因为前面我们都没有指定，所以输出结果前 面有空格。 【实例9-11】输出一个整数，在空位处填零。 int x=123; printf(“%06dn“, x); 输出结果为： 000123 5指定输出位置 这一项设置输出结果的对齐方式，默认（+）为右对齐，如果指定为减号时，左对齐。 【实例9-12】使用左对齐和右对齐两种方式输出一个字符串。 char ch=”ABCD”; printf(“%-5.3sn“, ch); printf(“%+5.3sn“, ch); 输出结果为： ABC ABC 格式化输入的函数为scanf，其一般形式为： int fscanf(FILE *fp, const char *format, . ); 该函数的功能是从指定的文件读字符，按照指定的格式转换并赋给后面的参数，后面的参 数一般为地址。 前面使用的scanf函数的一般形式为： int scanf(const char *format, . ); 该函数等价于： int fscanf(stdin, const char *format, . ); 该函数用读入的字符去匹配格式说明中的转换字符，如果成功匹配，就给后面的参数赋值 ，否则就返回，例如转换字符是%d，但读到的却是C。如果遇到不匹配的地方而停止，函 数的返回值会小于赋值参数的个数。 5指定输出位置 关于输入格式下面给出几点说明： （1）格式说明中的空白字符会使scanf函数在读操作时略去输入中的一个或多个空白字符，如下所示： int x, y; scanf(“%d %d“, 参数之间的分隔符为空格，输入数据之间可以用一个或多个空格、TAB或回车进行间隔。 如果格式说明中有非格式字符，则输入时也要输入该非格式字符，如下所示： int x, y; scanf(“%d, %d“, 程序运行时，scanf函数首先读入一个整数，然后将后面输入的逗号剔除，最后读入另一个整数。如果没 有读到逗号，则函数立即返回。 （2）在输入字符数据时，如果格式说明中没有非格式字符，则认为所有输入的字符均为有效字符，如 下所示： char a, b, c; scanf(“%c%c%c“, 输入如下字符： d e f scanf函数会将字母d赋给变量a，空格赋给变量b，字母e赋给变量c。 （3）可以在格式说明中的%和转换字符之间加入一个整数，表示读操作最大位数，如下所示： char str11; scanf(“%10s“, str);/* 只能输入10个字符给字符数组str */ 程序运行时，一旦输入字符个数大于10时，scanf函数就停止读入。 （4）格式化输入时没有精度控制。 5指定输出位置 【实例9-13】下面编写一个程序，对输入的整数进行累加。(example13.c) 上面列出的四个格式化输入输出函数有对应的可变参数函数，即参数不是以“.”的形式传 进入，而是通过va_list类型传递，函数的一般形式为： int vfprintf