C标准IO函数使用笔记

文件读写

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• 上面的函数实现了将一个每个单元大小为4个byte的浮点数存储在文件中，并且再原样读取回来的功能。

• 写文件和读文件的参数分别是单个单元的大小为4字节，总长度为5.下面看结果

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• 测试可知，文件读写函数用的是同一个文件偏移量，也就是随着文件的写入而顺次增加的偏移量，假如文件读取之前不将偏移量移动回初始位置的话，会什么也读不出来

• 可见sizeof()函数读取数组的时候，读取的是数组的总空间大小而不是数组的元素个数。图上数组的读取结果是20，也就是5*4

• 同时还可以推测文件写入模式r+的默认起始位置是0

• 在上述函数中的fwrite后面添加一个ftell()显示偏移量，可见fwrite函数执行完毕的时候文件的偏移量自动增加到了20字节处

格式化文本函数的格式控制字符串

%[flags][width][.precision][length]type

• flags：标志，可包含 0 个或多个标志；

• width：输出最小宽度，表示转换后输出字符串的最小宽度；

• precision：精度，前面有一个点号” . “；

• length：长度修饰符；

• type：转换类型，指定待转换数据的类型。

• type:

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• flags

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• width

  • 最小的输出宽度，用十进制数来表示输出的最小位数，若实际的输出位数大于指定的输出的最小位数， 则以实际的位数进行输出，若实际的位数小于指定输出的最小位数，则可按照指定的 flags 标志补 0 或补空 格。
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• precision 精度

  • 精度字段以点号” . “开头，后跟一个十进制正数
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• length

  • 长度修饰符指明待转换数据的长度，因为 type 字段指定的的类型只有 int、unsigned int 以及 double 等 几种数据类型，但是 C 语言内置的数据类型不止这几种，譬如有 16bit 的 short、unsigned short，8bit 的 char、 unsigned char，也有 64bit 的 long long 等，为了能够区别不同长度的数据类型，于是乎，长度修饰符（length） 应运而生，成为转换说明的一部分。
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示例

printf("%hd\n", 12345); //将数据以 short int 类型进行转换
printf("%ld\n", 12345); //将数据以 long int 类型进行转换
printf("%lld\n", 12345); //将数据以 long long int 类型进行转换

格式化输入

#include <stdio.h>

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

• 可以看到，这 3 个格式化输入函数也是可变参函数，它们都有一个共同的参数 format，同样也称为格式 控制字符串，用于指定输入数据如何进行格式转换，与格式化输出函数中的 format 参数格式相似，但也有 所不同。

• 每个函数除了固定参数之外，还可携带 0 个或多个可变参数。

• scanf()函数可将用户输入（标准输入）的数据进行格式化转换；fscanf()函数从 FILE 指针指定文件中读 取数据，并将数据进行格式化转换；sscanf()函数从参数 str 所指向的字符串中读取数据，并将数据进行格式 化转换。

scanf

int a, b, c;
scanf("%d %d %d", &a, &b, &c);

• 函数调用成功后，将返回成功匹配和分配的输入项的数量；如果较早匹配失败，则该数目可能小于所提 供的数目，甚至为零。发生错误则返回负值。

fscanf

• 注意，该函数的第一个参数可以是标准输入流，此时它的作用与scanf相同

int a, b, c;
fscanf(stdin, "%d %d %d", &a, &b, &c);

• 函数调用成功后，将返回成功匹配和分配的输入项的数量；如果较早匹配失败，则该数目可能小于所提供的数目，甚至为零。发生错误则返回负值。

sscanf

char *str = "5454 hello";
char buf[10];
int a;
sscanf(str, "%d %s", &a, buf);

• 函数调用成功后，将返回成功匹配和分配的输入项的数量；如果较早匹配失败，则该数目可能小于所提 供的数目，甚至为零。发生错误则返回负值。

格式控制字符串

• 本小节的重点依然是这个 format 参数的格式，与格式化输出函数中的 format 参数格式、写法上比较相 似，但也有一些区别。format 字符串包含一个或多个转换说明，每一个转换说明都是以百分号”%”或者”%n$” 开头（n 是一个十进制数字），关于”%n$”这种开头的转换说明就不介绍了，实际上用的不多。
• 以%百分号开头的转换说明一般格式如下([]部分是可选的参数)

%[*][width][length]type
%[m][width][length]type

• %后面可选择性添加星号*或**字母 m**，如果添加了星号*，格式化输入函数会按照转换说明的指示读取输 入，但是丢弃输入，意味着不需要对转换后的结果进行存储，所以也就不需要提供相应的指针参数。
• 如果添加了 m，它只能与%s、%c 以及%[一起使用，调用者无需分配相应的缓冲区来保存格式转换后的 数据，原因在于添加了 m，这些格式化输入函数内部会自动分配足够大小的缓冲区，并将缓冲区的地址值通 过与该格式转换相对应的指针参数返回出来，该指针参数应该是指向 char *变量的指针。随后，当不再需要 此缓冲区时，调用者应调用 free()函数来释放此缓冲区。

char *buf;

scanf("%ms", &buf);
......
free(buf);

• width：最大字符宽度；

• length：长度修饰符，与格式化输出函数的 format 参数中的 length 字段意义相同。

• type：指定输入数据的类型。

• type

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• width最大字符长度限制。

  • 是一个十进制表示的整数，用于指定最大字符宽度，当达到此最大值或发现不匹配的字符时（以先发生 者为准），字符的读取将停止。大多数 type 类型会丢弃初始的空白字符，并且这些丢弃的字符不会计入最 大字符宽度。对于字符串转换来说，scanf()会在字符串末尾自动添加终止符”\0”，最大字符宽度中不包括此 终止符。

scanf("%4s", buf); //匹配字符串，字符串长度不超过 4 个字符

• 此时输入“abcdef”，存储的是“abcd”
• length数据长度修饰符
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scanf("%hd", var); //匹配 short int 类型数据
scanf("%hhd", var); //匹配 signed char 类型数据
scanf("%ld", var); //匹配 long int 类型数据
scanf("%f", var); //匹配 float 类型数据
scanf("%lf", var); //匹配 double 类型数据
scanf("%Lf", var); //匹配 long double 类型数据

使用例：

#include <stdio.h>

int main()
{
    float inputBuf;
    scanf("%*10[A-Za-z]%f", &inputBuf);
    printf("%03.4f", inputBuf);
}

• 注意[]里面的内容的写法，比如想一次性收取所有字母，使用[A-Za-z]，连续写即可，数字写0-9，同
• 控制台测试输入
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• 都能够正确接收到0.01，说明成功识别到了hello并且将其丢弃（因为指定了*符号）

I/O缓冲

略，详见原子教程《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南》

• 标准 I/O 所维护的 stdio 缓冲是用户空间 的缓冲区，当应用程序中通过标准 I/O 操作磁盘文件时，为了减少调用系统调用的次数，标准 I/O 函数会将 用户写入或读取文件的数据缓存在 stdio 缓冲区，然后再一次性将 stdio 缓冲区中缓存的数据通过调用系统 调用 I/O（文件 I/O）写入到文件 I/O 内核缓冲区或者拷贝到应用程序的 buf 中。
• 通过这样的优化操作，当操作磁盘文件时，在用户空间缓存大块数据以减少调用系统调用的次数，使得 效率、性能得到优化。使用标准 I/O 可以使编程者免于自行处理对数据的缓冲，无论是调用 write()写入数 据、还是调用 read()读取数据。
• 直接 I/O 方式效率、性能比较低，绝大部分应用程序不会使用直接 I/O 方式对文件进行 I/O 操作，通常 只在一些特殊的应用场合下才可能会使用，那我们可以使用直接 I/O 方式来测试磁盘设备的读写速率，这种 测试方式相比普通 I/O 方式就会更加准确。

文件描述符和FILE指针的转化

• 在应用程序中，在同一个文件上执行 I/O 操作时，还可以将文件 I/O（系统调用 I/O）与标准 I/O 混合使 用，这个时候我们就需要将文件描述符和 FILE 指针对象之间进行转换，此时可以借助于库函数 fdopen()、 fileno()来完成。

#include <stdio.h>

int fileno(FILE *stream);
FILE *fdopen(int fd, const char *mode);

• 对于 fileno()函数来说，根据传入的 FILE 指针得到整数文件描述符，通过返回值得到文件描述符，如果 转换错误将返回-1，并且会设置 errno 来指示错误原因。得到文件描述符之后，便可以使用诸如 read()、write()、 lseek()、fcntl()等文件 I/O 方式操作文件。

• fdopen()函数与 fileno()功能相反，给定一个文件描述符，得到该文件对应的 FILE 指针，之后便可以使 用诸如 fread()、fwrite()等标准 I/O 方式操作文件了。参数 mode 与 fopen()函数中的 mode 参数含义相同如下表，若该参数与文件描述符 fd 的访问模式不一致，则会导致调用 fdopen()失败。

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混用两种IO函数的时候的缓冲区问题

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
    printf("print");
    write(STDOUT_FILENO, "write\n", 6);
    exit(0);
}

• 当混合使用文件 I/O 和标准 I/O 时，需要特别注意缓冲的问题，文件 I/O 会直接将数据写入到内核缓冲 区进行高速缓存，而标准 I/O 则会将数据写入到 stdio 缓冲区，之后再调用 write()将 stdio 缓冲区中的数据写 入到内核缓冲区。

• 执行结果你会发现，先输出了”write”字符串信息，接着再输出了”print”字符串信息