APUE之第5章——標準I/O庫

1、知識回顧：文件I/O

• 文件 I/O 是不帶緩衝的 I/O（unbuffered I/O），指每一個 read 和 write 都調用內核中的一個系統調用。
• 對於內核而言，全部打開的文件都經過文件描述符引用，即不帶緩衝的 I/O 經過文件描述符的方式來引用一個文件。
• 大多數文件 I/O 只需用到5個函數：open、read、write、lseek、close。
  

2、標準I/O

• 標準 I/O 庫由 ISO C 標準說明。
• 標準 I/O 庫的操做圍繞流進行，即帶緩衝的 I/O 則經過文件流（stream）的方式來引用文件。
• 引入標準 I/O 庫的目的是爲了提升 I/O 的效率，儘量地減小使用 read 和 write 調用的次數。由於系統調用會消耗較多的資源，標準 I/O 庫提供了緩衝，能夠經過累積必定量的數據後，集中寫入到實際的文件中來減小系統調用。這樣文件的讀寫就要通過緩衝區作緩衝，從而提升 I/O 效率。

    假設，每一個人家裏喝的水都是從自來水廠來的，自來水廠的水又是從水源地來的，這當中流動的水，就是水流，能夠理解爲IO流，

    在 UNIX 中，UNIX 就是自來水廠，水源地就是源，家就是目的。則從水源到自來水廠的水流，就是IO輸入流，從自來水廠到家的水流，就是IO輸出流。

    若是沒有蓄水池，則每次用水都要運送一次。一萬次用水就是運送一萬次，這樣的效率很低。若在水源地與自來水廠、自來水廠與家之間分別建造蓄水池，

    則自來水廠能夠隨時從蓄水池中取水、爲用戶供水，咱們須要用水時也能隨時有水可用。這裏的蓄水池就能夠類比成緩衝。

 

3、標準 I/O 與文件 I/O 的區別

 

	標準I/O	文件 I/O
遵循標準	標準 I/O 被稱爲高級磁盤I/O，遵循 ANSI C 相關標準。只要開發環境中有標準 I/O庫，標準 I/O 就可使用。	文件 I/O 被稱爲低級磁盤 I/O，遵循 POSIX 相關標準。任何兼容 POSIX 標準的操做系統上都支持文件 I/O。
緩衝機制	標準 I/O 默認採用緩衝機制，能夠當作是在文件 I/O 的基礎上封裝了緩衝機制。先讀寫緩衝區，必要時再訪問實際文件，從而減小了系統調用的次數。	低級 I/O 通常沒有采用緩衝，須要本身建立緩衝區。經過文件 I/O 讀寫文件時，每次操做都會執行相關係統調用。這樣處理的好處是直接讀寫實際文件，壞處是頻繁的系統調用會增長系統開銷。
操做設備	標準 I/O 中用 FILE（流）表示一個打開的文件，一般用來訪問普通文件。針對的是控制檯，打印輸出到屏幕等。	文件 I/O 中用文件描述符表現一個打開的文件，能夠訪問不一樣類型的文件如普通文件、設備文件和管道文件等。主要針對的是文件操做、讀寫硬盤等。
如下爲標準 I/O 函數和文件 I/O 函數的對比
打開	fopen,freopen,fdopen	open
fopen與open	標準 I/O 使用 fopen 函數打開一個指定文件。 pathname 是文件名。type 參數指定對I/O流的讀、寫方式，主要有"r"(只讀打開)，"r+"(讀寫打開)，"w"(只寫打開)，"w+"(讀寫打開)，"a"(追加打開)、"a+"(讀和追加打開)，能夠加上字母 b 用以指定以二進制模式打開文件。   若成功，會返回一個 FILE 類型的指針，做爲咱們打開文件的憑據，後面全部對這個文件的操做都須要使用這個文件指針，使用以後要調用 fclose 函數釋放資源。 若失敗，會返回一個指向 NULL 的指針，表示文件打開失敗了，能夠經過 errno 獲取到具體失敗的緣由。	文件 I/O 使用 open 函數打開或建立一個文件。 path 參數是要打開或建立的文件名。aflag 參數可用來講明文件的打開模式，主要有 O_RDONLY(只讀打開),O_WRONLY(只寫打開),O_RDWR(讀、寫打開) 等。   若成功，返回文件描述符；失敗則返回-1。
關閉	fclose	close
fclose與close	標準 I/O 使用 fclose 函數關閉一個打開的流。 若是成功關閉，返回 0，失敗則返回 EOF。	文件 I/O 使用 close 函數關閉一個打開的文件。 若是成功關閉，返回 0，失敗則返回-1，而不是 EOF。
讀	getc,fgetc,getchar, fgets,gets, fread	read
	標準 I/O 能夠用 3 種方式進行文件讀取。 每次一個字符的I/O 函數getchar等同於getc（stdin）。前兩個函數的區別是，getc可被實現爲宏，而fgetc不能實現宏。 若成功，返回下一個字符；若已達到文件尾端或出錯，則返回 EOF。 每次一行的I/O 這兩個函數都指定了緩衝區的地址，讀入的行將送入其中。gets從標準輸入讀，而fgets從指定的流讀。 gets(不建議使用）：接受一個參數，不判斷目標數組是否可以容納讀入的字符，可能致使存儲溢出； fgets使用三個參數：第一個參數和gets同樣，用於存儲輸入的地址，第二個參數爲整數，表示輸入字符串的最大長度，最後一個參數就是文件指針，指向要讀取的文件。 若成功，返回 buf；若已達到文件尾端或出錯，則返回 NULL。 直接I/O（二進制 I/O） 若成功，返回讀或寫的對象數。若是出錯或達到文件尾端，則此數字能夠少於 nobj。	文件 I/O 使用 read 函數從打開的文件中讀取數據。 其中 fd 就是 open 返回的文件描述符，buf用於存儲數據的目的緩衝區，而 nbytes 指定要讀取的字節數。   若是成功讀取，就返回讀取的字節數，如已達到文件的尾端，則返回 0。若是失敗，則返回-1。
寫	putc,fputc,putchar, fputs,puts, fwrite	write
	標準 I/O 能夠用 3 種方式進行文件寫入。 每次一個字符的I/O 第一個參數是字符，第二個參數是文件指針。 putchar（c）等同於putc（stdin），putc可被實現爲宏，而fputc不能。 若成功，返回c；失敗則返回 EOF。 每次一行的I/O fputs 函數將一個 null 字節終止的字符串寫到指定的流，尾端的終止符 null不寫出。這並不必定是每次輸出一行，由於字符串不須要換行符做爲最後一個非null字節。一般，在 null 字節以前是一個換行符 puts 將一個 null 字節終止的字符串寫到標準輸出，終止符不寫出。可是，puts 隨後又將一個換行符寫到標準輸出。 若成功，返回非負值；失敗則返回 EOF。 直接I/O（二進制 I/O） 若成功，返回讀或寫的對象數。若是出錯或達到文件尾端，則此數字少於 nobj。	文件 I/O 使用 write 函數向打開的文件寫數據。 其中 fd 就是文件描述符，buf是要寫入的內存數據，而 nbytes 指定要寫的字節數。   若是成功寫入，就返回已寫的字節數，失敗則返回-1。
隨機存取	ftell,fseek	lseek
	標準I/O 使用 fseek 和 ftell 完成文件的隨機存取。 fseek 函數的第一個參數是文件指針，第二個參數是一個 long 類型的偏移量（offset），表示從起始點開始移動的距離。第三個參數就是用於指定起始點的模式，主要有 SEEK_SET（文件開始處）、SEEK_CUR（當前位置）、SEEK_END（文件結尾處）。 成功，返回0，出錯，返回-1。   ftell 函數用於返回文件的當前位置，返回類型是一個 long 類型。 成功，返回當前文件位置指示，出錯，返回-1L。	文件I/O 使用 lseek 來完成文件的隨機存取。 fd 是文件描述符，offset 是偏移量，whence 指定起始點模式，取值與fseek相同：SEEK_SET,SEEK_CUR,SEEK_END，但也能夠用整數0,1,2相應代替。 與fseek 不一樣的是，lseek有返回值，若是成功就返回指針變化前的位置，不然返回-1。

 

4、一圖泛讀 APUE 之標準 I/O 庫

 

5、strace 命令跟蹤 PHP 函數的系統調用

strace是一個可用於診斷、調試的Linux用戶空間跟蹤器，能夠用它來監控用戶空間進程和內核的交互，好比系統調用、信號傳遞、進程狀態變動等。

建立一個php文件，內容以下：

<?php
    $file = fopen("test.txt", "wr");
    fwrite($file, "test\n");
    fclose($file);
?>

執行以下命令：

strace php open.php

能夠看到strace的結果：

lstat 函數返回文件的信息。

open打開文件，第二個參數是文件的打開模式，

    O_WRONLY 只讀打開，

    O_CREAT 此文件不存在則建立， 

    O_TRUNC 若是此文件存在，並且爲只讀或讀-寫成功打開，則將其長度截斷爲0。

fstat 函數得到已在文件描述符 fd 打開文件的有關信息。

lseek 函數爲一個打開的文件設置偏移量。

write 寫入內容

close 關閉文件

由此能夠看出，PHP文件函數其實就是文件I/O上的一些封裝。