标准I/O库

引言

流和FILE对象

函数原型：

#include <wchar.h>
int fwide(FILE *stream, int mode);

参数 mode 含义：

mode > 0: 尝试将流设为宽字符方向（wide-oriented）
mode < 0: 尝试将流设为字节方向（byte‑oriented）
mode == 0: 仅查询当前方向，不作更改

标准输入、标准输出和标准错误

缓冲

标准I/O提供了以下三种类型的缓冲：

全缓冲。在填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作。
行缓冲。在输入和输出中遇到换行符时，进行I/O操作。
- 任何时候只要通过标准I/0库要求从(a)一个不带缓冲的流，或者(b)一个行缓冲的流(它从内核请求需要数据)得到输入数据，那么就会冲洗所有行缓冲输出流。在(b)中带了一个在括号中的说明,其理由是，所需的数据可能已在该缓冲区中，它并不要求一定从内核读数据。很明显，从一个不带缓冲的流中输入(即(a)项)需要从内核获得数据。
想象一个典型场景：
```
printf("Enter your name: ");  // 用于提示用户，需要看到输出
scanf("%s", name);            // 从 stdin 读取用户输入
```
这里希望看到提示信息再读用户输入。机制上，如果 scanf 需从 stdin 向内核读数据，它会触发 stdout 的刷新。但如果 stdin 缓存已有输入，可能不会触发刷新，这通常符合预期。
无缓冲。直接进行I/O操作。(例如，标准错误流)

修改缓冲类型：

void setbuf(FILE *fp, char *buf);
int setvbuf(FILE *fp, char *buf, int mode, size_t size);

刷新缓冲区：

int fflush(FILE *stream);

打开流

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

使用 fdopen() 与 socket 的结合

将 socket 文件描述符封装为 FILE* 流，可以让你使用标准 C 库的 I/O（如 fgets, fprintf, fscanf 等），这在处理基于文本行协议（如 HTTP、SMTP、FTP 等）时非常方便。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define BUF_SIZE 1024

int main(void) {
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    // ... connect 或 accept 该 socket ...

    // 建议对读写分别 dup，避免 bidirectional 混乱
    int sock_r = dup(sock);
    int sock_w = dup(sock);

    FILE *fpin  = fdopen(sock_r, "r");
    FILE *fpout = fdopen(sock_w, "w");
    if (!fpin || !fpout) {
        perror("fdopen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    setlinebuf(fpin);
    setlinebuf(fpout);

    // 示例：简单回声服务器
    char line[BUF_SIZE];
    while (fgets(line, sizeof(line), fpin) != NULL) {
        fprintf(fpout, "Echo: %s", line);
        // flush on newline because of line buffering
    }

    // 正确关闭流程
    fclose(fpin);
    fclose(fpout);
    close(sock);  // 原始 fd 仍需关闭

    return 0;
}

读和写流

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


// - getc 是宏，更快。fgetc 是函数。
// getchar 等同于 getc(stdin)

int ferror(FILE *fp);
int feof(FILE *fp);

void clearerr(FILE *fp);

/*
 * 常见用法:
 *   while ((c = fgetc(fp)) != EOF);
 *   if (feof(fp)) { 正常结束 }
 *   if (ferror(fp)) { 出错处理 }
 */

int ungetc(int c, FILE *fp);

int putc(int c, FILE *fp);
int fputc(int c, FILE *fp);
int putchar(int c);

每次一行I/O

推荐用 fgets 和 fputs 代替 gets 和 puts。

标准I/O的效率

大块读写 write 和 read 效率更高。

二进制I/O

存在内存对齐问题的时候，二进制流可能无法跨系统工作。

定位流

int fseek(FILE *fp, long offset, int whence);
long ftell(FILE *fp);
void rewind(FILE *fp);

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

格式化I/O

int printf(const char *format, ...);
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
int dprintf(int fd, const char *format, ...);
int sprintf(char *str, const char *format, ...);
int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...);

格式说明从 % 开始，以一个转换字符结束。

有4个可选择的部分。

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

flags（可选，多字符，顺序不限）
- -：左对齐（默认右对齐）
- +：始终显示符号（如 “+3”）
- (空格)：正数前加空格（若有 +，则忽略空格）
- 0：数字左侧补零（仅在右对齐时生效）
- #：增强输出
  - 对 o：非零时前缀 0
  - 对 x/X：非零时前缀 0x / 0X
  - 对浮点类型：保证小数点存在
  - 对 g/G：保留尾部零 :contentReference[oaicite:0]{index=0}
width（可选）
- 固定数字表示最小字段宽度，内容不足时左填空格（或根据 0 标志填零）
- 使用 * 表示宽度由后续参数提供：printf("%*d", w, v) :contentReference[oaicite:1]{index=1}
precision（精度，可选）
- 对整数 (d,i,u,o,x,X)：指定最小数字位数，不足前补 0；若 0 且 .0，则输出空串 :contentReference[oaicite:2]{index=2}
- 对浮点 (e,f,g 等)：小数点后位数或有效数字总数
- 对字符串 (s)：最大输出长度
- 同样可用 * 动态指定 :contentReference[oaicite:3]{index=3}
lenmodifier（长度修饰符，可选）
- hh：对应 signed char / unsigned char
- h：对应 short / unsigned short
- (无修饰)：对应 int 或 double
- l：对应 long、unsigned long、wchar_t*（用于 %ls）
- ll：对应 long long
- j：对应 intmax_t
- z：对应 size_t
- t：对应 ptrdiff_t
- L：对应 long double :contentReference[oaicite:4]{index=4}
specifier（必选，转换类型）
- %：输出 %
- d, i：有符号十进制整数
- u, o, x, X：无符号整数（十进制、八进制、十六进制）
- f, F, e, E, g, G, a, A：浮点数
- c：字符
- s：字符串
- p：指针地址
- n：将已输出字符数写入对应参数
  :contentReference[oaicite:5]{index=5}

示例演示

printf("|%-8s|\n", "Hi");    // 左对齐，宽度 8
printf("|%+6d|\n", 42);      // 宽度 6，强制加号
printf("|%08.3f|\n", 3.14);  // 宽度 8，精度 3，小数点后补0
printf("|%#x|\n", 48879);    // 前缀 0x
printf("|%.3s|\n", "abcdef"); // 截取 "abc"

printf 族的变体。可变参数表换成了arg。

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);

格式化输入

%[*][fldwidth][m][lenmodifier]convtype

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

scanf 族的变体。可变参数表换成了arg。

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

实现细节

int fileno(FILE *stream);

临时文件

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

char* mkdtemp(char *template); // 创建目录
int mkstemp(char *template); // 创建文件

内存流

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

任何时候而要增加流缓冲区中数据重以及调用fclose、fflush、 fseek、 fseeko以及fsetpos时都会在当前位置写入一个null字节。

FILE *open_memstream(char **bufp, size_t *sizep);
FILE *open_wmemstream(wchar_t **bufp, size_t *sizep);

与 fmemopen 的区别：

创建的流只能写打开
不能指定自己的缓冲区，但可以分别通过bufp和sizep获取缓冲区指针和大小
关闭流后需要自行释放缓冲区
对流添加字节会增加缓冲区大小

标准I/O的替代软件

标准I/O效率不高。衍生了一些替代品。 sfio软件包，mmap函数。

引言