嵌入式Linux，标准I/O探究，函数相关详解。

标准 I/O 虽然是对文件 I/O 进行了封装，但事实上并不仅仅只是如此，标准 I/O 会处理很多细节，譬如分配 stdio 缓冲区、以优化的块长度执行 I/O 等。

1.标准 I/O 库介绍

通常标准 I/O 库函数相关的函数定义都在头文件 <stdio.h> 中，所以我们需要在程序源码中包含 <stdio.h> 头文件。

标准 I/O 库函数是构建于文件 I/O （ open() 、 read() 、 write() 、 lseek() 、 close() 等）这些系统调用之上的，譬如标准 I/O 库函数 fopen() 就利用系统调用 open() 来执行打开文件的操作、 fread() 利用系统调用 read() 来执行读文件操作、fwrite() 则利用系统调用 write() 来执行写文件操作等等。

设计库函数是为了提供比底层系统调用更为方便、好用的调用接口，虽然标准 I/O 构建于文件 I/O 之上，但标准 I/O 却有它自己的优势，标准 I/O 和文件 I/O 的区别如下：

1. 虽然标准 I/O 和文件 I/O 都是 C 语言函数，但是标准 I/O 是标准 C 库函数，而文件 I/O 则是 Linux 系统调用；

2. 标准 I/O 是由文件 I/O 封装而来，标准 I/O 内部实际上是调用文件 I/O 来完成实际操作的；

3. 可移植性：标准 I/O 相比于文件 I/O 具有更好的可移植性，通常对于不同的操作系统，其内核向应用层提供的系统调用往往都是不同，譬如系统调用的定义、功能、参数列表、返回值等往往都是不一样的；而对于标准 I/O 来说，由于很多操作系统都实现了标准 I/O 库，标准 I/O 库在不同的操作系统之间其接口定义几乎是一样的，所以标准 I/O 在不同操作系统之间相比于文件 I/O 具有更好的可移植性。

4. 性能、效率：标准 I/O 库在用户空间维护了自己的 stdio 缓冲区，所以标准 I/O 是带有缓存的，而文件 I/O 在用户空间是不带有缓存的，所以在性能、效率上，标准 I/O 要优于文件 I/O 。

其实标准I/O就从操作得角度来说，我个人认为和C语言对文件操作的流程理解是一样的，如果感兴趣的朋友可以看我下面这篇，或许可以帮助理解：

C语言文件操作

https://blog.csdn.net/YYYYYYJJJJJYYYYY/article/details/143994163

下面就直接开始讲解相关的函数

2.fopen()函数

使用 open() 系统调用打开或创建文件，而在标准 I/O 中，我们将使用库函数 fopen()打开或创建文件， fopen() 函数原型如下：

#include <stdio.h>
FILE *fopen(const char *path, const char *mode);

函数参数和返回值解释如下：

path ：参数 path 指向文件路径，可以是绝对路径、也可以是相对路径。

mode ：参数 mode 指定了对该文件的读写权限，是一个字符串，稍后介绍。

返回值： 调用成功返回一个指向 FILE 类型对象的指针（ FILE * ），该指针与打开或创建的文件相关联，后续的标准 I/O 操作将围绕 FILE 指针进行。如果失败则返回 NULL ，并设置 errno 以指示错误原因。

参数 mode 字符串类型，取值为如下：

r ：以只读方式打开文件。

r+ ：以可读、可写方式打开文件。

w ：以只写方式打开文件，如果参数 path 指定的文件存在，将文件长度截断为 0 ；如果指定文件不存在则创建该文件。

w+ ：以可读、可写方式打开文件，如果参数 path 指定的文件存在，将文件长度截断为 0 ；如果指定文件不存在则创建该文件。

a ：以只写方式打开文件，打开以进行追加内容（在文件末尾写入），如果文件不存在则创建该文

件。

a+ ：以可读、可写方式打开文件，以追加方式写入（在文件末尾写入），如果文件不存在则创建该文件。

3. fclose()函数

调用 fclose() 库函数可以关闭一个由 fopen() 打开的文件，其函数原型如下：

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

参数 stream 为 FILE 类型指针，调用成功返回 0 ；失败将返回 EOF （也就是 -1 ），并且会设置 errno 来指示错误原因。

4. 读文件和写文件

当使用 fopen() 库函数打开文件之后，接着我们便可以使用 fread()和 fwrite() 库函数对文件进行读、写操作了，函数原型如下：

#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);

库函数 fread() 用于读取文件数据，其参数和返回值含义如下：

ptr ： fread() 将读取到的数据存放在参数 ptr 指向的缓冲区中；

size ： fread() 从文件读取 nmemb 个数据项，每一个数据项的大小为 size 个字节，所以总共读取数据大小为 nmemb * size 个字节。

nmemb ：参数 nmemb 指定了读取数据项的个数。

stream ： FILE 指针。

返回值： 调用成功时返回读取到的数据项的数目（数据项数目并不等于实际读取的字节数，除非参数 size 等于 1 ）；如果发生错误或到达文件末尾，则 fread() 返回的值将小于参数 nmemb ，那么到底发生了错误还是到达了文件末尾，fread() 不能区分文件结尾和错误，究竟是哪一种情况，此时可以使用 ferror() 或 feof() 函数来判断。

库函数 fwrite() 用于将数据写入到文件中，其参数和返回值含义如下：

ptr ：将参数 ptr 指向的缓冲区中的数据写入到文件中。

size ：参数 size 指定了每个数据项的字节大小，与 fread() 函数的 size 参数意义相同。

nmemb ：参数 nmemb 指定了写入的数据项个数，与 fread() 函数的 nmemb 参数意义相同。

stream ： FILE 指针。

返回值： 调用成功时返回写入的数据项的数目（数据项数目并不等于实际写入的字节数，除非参数 size 等于 1 ）；如果发生错误，则 fwrite() 返回的值将小于参数 nmemb （或者等于 0 ）。

由此可知，库函数 fread() 、 fwrite() 中指定读取或写入数据大小的方式与系统调用 read() 、 write() 不同，前者通过 nmemb （数据项个数） *size （每个数据项的大小）的方式来指定数据大小，而后者则直接通过一个 size 参数指定数据大小。

5.fseek()函数

库函数 fseek() 的作用类似于之前所提到的系统调用 lseek() ，用于设置文件读写位置偏移量， lseek() 用于文件 I/O ，而库函数 fseek() 则用于标准 I/O ，其函数原型如下：

#include <stdio.h>
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

函数参数和返回值含义如下：

stream ： FILE 指针。

offset ：与 lseek() 函数的 offset 参数意义相同。

whence ：与 lseek() 函数的 whence 参数意义相同。

返回值： 成功返回 0 ；发生错误将返回 -1 ，并且会设置 errno 以指示错误原因；与 lseek() 函数的返回值意义不同，这里要注意！

调用库函数 fread() 、 fwrite() 读写文件时，文件的读写位置偏移量会自动递增，使用 fseek() 可手动设置文件当前的读写位置偏移量。

6.feof()函数

库函数 feof() 用于测试参数 stream 所指文件的 end-of-file 标志，如果 end-of-file 标志被设置了，则调用feof()函数将返回一个非零值，如果 end-of-file 标志没有被设置，则返回 0。其函数原型如下：

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

7.ferror()函数

库函数 ferror() 用于测试参数 stream 所指文件的错误标志，如果错误标志被设置了，则调用 ferror() 函数将返回一个非零值，如果错误标志没有被设置，则返回 0 。其函数原型如下：

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

8.clearerr()函数

库函数 clearerr() 用于清除 end-of-file 标志和错误标志，当调用 feof() 或 ferror() 校验这些标志后，通常需要清除这些标志，避免下次校验时使用到的是上一次设置的值，此时可以手动调clearerr() 函数清除标志。 clearerr()函数原型如下：

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

9.格式化输出

C 库函数提供了 5 个格式化输出函数，包括： printf()、fprintf()、dprintf()、sprintf()、snprintf() ，其函数定义如下：

#include <stdio.h>
int printf(const char *format, ...);
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
int dprintf(int fd, const char *format, ...);
int sprintf(char *buf, const char *format, ...);
int snprintf(char *buf, size_t size, const char *format, ...);

printf()函数：函数调用成功返回打印输出的字符数；失败将返回一个负值！

fprintf()函数：fprintf() 可将格式化数据写入到由 FILE 指针指定的文件中。

dprintf() 函数：dprintf()可将格式化数据写入到由文件描述符 fd 指定的文件中。

sprintf() 函数：sprintf()函数将格式化数据存储在由参数 buf 所指定的缓冲区中。

snprintf() 函数：sprintf()函数可能会发生缓冲区溢出的问题，存在安全隐患，为了解决这个问题，引入了 snprintf() 函数；在该函数中，使用参数 size 显式的指定缓冲区的大小，如果写入到缓冲区的字节数大于参数 size 指定的大小，超出的部分将会被丢弃！如果缓冲区空间足够大，snprintf() 函数就会返回写入到缓冲区的字符数，与sprintf()函数相同，也会在字符串末尾自动添加终止字符 '\0' 。若发生错误，snprintf() 将返回一个负值！

10.格式化输入

C 库函数提供了 3 个格式化输入函数，包括： scanf()、fscanf()、sscanf() ，其函数定义如下：

#include <stdio.h>
int scanf(const char *format, ...);
int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
int sscanf(const char *str, const char *format, ...);

scanf() 函数：

直接用法举例吧：

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

当程序中调用 scanf() 的时候，终端会被阻塞，等待用户输入数据，此时我们可以通过键盘输入一些字符，譬如数字、字母或者其它字符，输入完成按回车即可！接着来 scanf() 函数就会对用户输入的数据进行格式转换处理。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() 函数：

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

此时它的作用与 scanf() 就是相同的，因为标准输入文件的数据就是用户输入的数据，譬如通过键盘输入的数据。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() 函数：

sscanf() 将从参数 str 所指向的字符串缓冲区中读取数据，作为格式转换的输入数据，所以它也有两个固定参数，字符串 str 和格式控制字符串 format。

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。

前面语法里面的format：

width ：最大字符宽度；

l ength ：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。

举个例子：

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

其实就是引号里面百分号%和类型之间的那些东西，相信大家学过C语言都或多或少都知道这些，不熟悉了查查相关资料即可。

关于缓冲区的函数操作后续再罗列出。

不断学习中，共勉！！！