[#]: subject: (Learn how file input and output works in C) [#]: via: (https://opensource.com/article/21/3/file-io-c) [#]: author: (Jim Hall https://opensource.com/users/jim-hall) [#]: collector: (lujun9972) [#]: translator: (wyxplus) [#]: reviewer: (wxy) [#]: publisher: (wxy) [#]: url: (https://linux.cn/article-13252-1.html) 学习如何用 C 语言来进行文件输入输出操作 ====== > 理解 I/O 有助于提升你的效率。 ![](https://img.linux.net.cn/data/attachment/album/202103/30/222717gyuegz88ryu8ry7i.jpg) 如果你打算学习 C 语言的输入、输出,可以从 `stdio.h` 包含文件开始。正如你从其名字中猜到的,该文件定义了所有的标准(“std”)的输入和输出(“io”)函数。 大多数人学习的第一个 `stdio.h` 的函数是打印格式化输出的 `printf` 函数。或者是用来打印一个字符串的 `puts` 函数。这些函数非常有用,可以将信息打印给用户,但是如果你想做更多的事情,则需要了解其他函数。 你可以通过编写一个常见 Linux 命令的副本来了解其中一些功能和方法。`cp` 命令主要用于复制文件。如果你查看 `cp` 的帮助手册,可以看到 `cp` 命令支持非常多的参数和选项。但最简单的功能,就是复制文件: ``` cp infile outfile ``` 你只需使用一些读写文件的基本函数,就可以用 C 语言来自己实现 `cp` 命令。 ### 一次读写一个字符 你可以使用 `fgetc` 和 `fputc` 函数轻松地进行输入输出。这些函数一次只读写一个字符。该用法被定义在 `stdio.h`,并且这也很浅显易懂:`fgetc` 是从文件中读取一个字符,`fputc` 是将一个字符保存到文件中。 ``` int fgetc(FILE *stream); int fputc(int c, FILE *stream); ``` 编写 `cp` 命令需要访问文件。在 C 语言中,你使用 `fopen` 函数打开一个文件,该函数需要两个参数:文件名和打开文件的模式。模式通常是从文件读取(`r`)或向文件写入(`w`)。打开文件的方式也有其他选项,但是对于本教程而言,仅关注于读写操作。 因此,将一个文件复制到另一个文件就变成了打开源文件和目标文件,接着,不断从第一个文件读取字符,然后将该字符写入第二个文件。`fgetc` 函数返回从输入文件中读取的单个字符,或者当文件完成后返回文件结束标记(`EOF`)。一旦读取到 `EOF`,你就完成了复制操作,就可以关闭两个文件。该代码如下所示: ``` do { ch = fgetc(infile); if (ch != EOF) { fputc(ch, outfile); } } while (ch != EOF); ``` 你可以使用此循环编写自己的 `cp` 程序,以使用 `fgetc` 和 `fputc` 函数一次读写一个字符。`cp.c` 源代码如下所示: ``` #include int main(int argc, char **argv) { FILE *infile; FILE *outfile; int ch; /* parse the command line */ /* usage: cp infile outfile */ if (argc != 3) { fprintf(stderr, "Incorrect usage\n"); fprintf(stderr, "Usage: cp infile outfile\n"); return 1; } /* open the input file */ infile = fopen(argv[1], "r"); if (infile == NULL) { fprintf(stderr, "Cannot open file for reading: %s\n", argv[1]); return 2; } /* open the output file */ outfile = fopen(argv[2], "w"); if (outfile == NULL) { fprintf(stderr, "Cannot open file for writing: %s\n", argv[2]); fclose(infile); return 3; } /* copy one file to the other */ /* use fgetc and fputc */ do { ch = fgetc(infile); if (ch != EOF) { fputc(ch, outfile); } } while (ch != EOF); /* done */ fclose(infile); fclose(outfile); return 0; } ``` 你可以使用 `gcc` 来将 `cp.c` 文件编译成一个可执行文件: ``` $ gcc -Wall -o cp cp.c ``` `-o cp` 选项告诉编译器将编译后的程序保存到 `cp` 文件中。`-Wall` 选项告诉编译器提示所有可能的警告,如果你没有看到任何警告,则表示一切正常。 ### 读写数据块 通过每次读写一个字符来实现自己的 `cp` 命令可以完成这项工作,但这并不是很快。在复制“日常”文件(例如文档和文本文件)时,你可能不会注意到,但是在复制大型文件或通过网络复制文件时,你才会注意到差异。每次处理一个字符需要大量的开销。 实现此 `cp` 命令的一种更好的方法是,读取一块的输入数据到内存中(称为缓存),然后将该数据集合写入到第二个文件。这样做的速度要快得多,因为程序可以一次读取更多的数据,这就就减少了从文件中“读取”的次数。 你可以使用 `fread` 函数将文件读入一个变量中。这个函数有几个参数:将数据读入的数组或内存缓冲区的指针(`ptr`),要读取的最小对象的大小(`size`),要读取对象的个数(`nmemb`),以及要读取的文件(`stream`): ``` size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream); ``` 不同的选项为更高级的文件输入和输出(例如,读取和写入具有特定数据结构的文件)提供了很大的灵活性。但是,在从一个文件读取数据并将数据写入另一个文件的简单情况下,可以使用一个由字符数组组成的缓冲区。 你可以使用 `fwrite` 函数将缓冲区中的数据写入到另一个文件。这使用了与 `fread` 函数有相似的一组选项:要从中读取数据的数组或内存缓冲区的指针,要读取的最小对象的大小,要读取对象的个数以及要写入的文件。 ``` size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream); ``` 如果程序将文件读入缓冲区,然后将该缓冲区写入另一个文件,则数组(`ptr`)可以是固定大小的数组。例如,你可以使用长度为 200 个字符的字符数组作为缓冲区。 在该假设下,你需要更改 `cp` 程序中的循环,以将数据从文件读取到缓冲区中,然后将该缓冲区写入另一个文件中: ``` while (!feof(infile)) { buffer_length = fread(buffer, sizeof(char), 200, infile); fwrite(buffer, sizeof(char), buffer_length, outfile); } ``` 这是更新后的 `cp` 程序的完整源代码,该程序现在使用缓冲区读取和写入数据: ``` #include int main(int argc, char **argv) { FILE *infile; FILE *outfile; char buffer[200]; size_t buffer_length; /* parse the command line */ /* usage: cp infile outfile */ if (argc != 3) { fprintf(stderr, "Incorrect usage\n"); fprintf(stderr, "Usage: cp infile outfile\n"); return 1; } /* open the input file */ infile = fopen(argv[1], "r"); if (infile == NULL) { fprintf(stderr, "Cannot open file for reading: %s\n", argv[1]); return 2; } /* open the output file */ outfile = fopen(argv[2], "w"); if (outfile == NULL) { fprintf(stderr, "Cannot open file for writing: %s\n", argv[2]); fclose(infile); return 3; } /* copy one file to the other */ /* use fread and fwrite */ while (!feof(infile)) { buffer_length = fread(buffer, sizeof(char), 200, infile); fwrite(buffer, sizeof(char), buffer_length, outfile); } /* done */ fclose(infile); fclose(outfile); return 0; } ``` 由于你想将此程序与其他程序进行比较,因此请将此源代码另存为 `cp2.c`。你可以使用 `gcc` 编译程序: ``` $ gcc -Wall -o cp2 cp2.c ``` 和之前一样,`-o cp2` 选项告诉编译器将编译后的程序保存到 `cp2` 程序文件中。`-Wall` 选项告诉编译器打开所有警告。如果你没有看到任何警告,则表示一切正常。 ### 是的,这真的更快了 使用缓冲区读取和写入数据是实现此版本 `cp` 程序更好的方法。由于它可以一次将文件的多个数据读取到内存中,因此该程序不需要频繁读取数据。在小文件中,你可能没有注意到使用这两种方案的区别,但是如果你需要复制大文件,或者在较慢的介质(例如通过网络连接)上复制数据时,会发现明显的差距。 我使用 Linux `time` 命令进行了比较。此命令可以运行另一个程序,然后告诉你该程序花费了多长时间。对于我的测试,我希望了解所花费时间的差距,因此我复制了系统上的 628 MB CD-ROM 镜像文件。 我首先使用标准的 Linux 的 `cp` 命令复制了映像文件,以查看所需多长时间。一开始通过运行 Linux 的 `cp` 命令,同时我还避免使用 Linux 内置的文件缓存系统,使其不会给程序带来误导性能提升的可能性。使用 Linux `cp` 进行的测试,总计花费不到一秒钟的时间: ``` $ time cp FD13LIVE.iso tmpfile real 0m0.040s user 0m0.001s sys 0m0.003s ``` 运行我自己实现的 `cp` 命令版本,复制同一文件要花费更长的时间。每次读写一个字符则花了将近五秒钟来复制文件: ``` $ time ./cp FD13LIVE.iso tmpfile real 0m4.823s user 0m4.100s sys 0m0.571s ``` 从输入读取数据到缓冲区,然后将该缓冲区写入输出文件则要快得多。使用此方法复制文件花不到一秒钟: ``` $ time ./cp2 FD13LIVE.iso tmpfile real 0m0.944s user 0m0.224s sys 0m0.608s ``` 我演示的 `cp` 程序使用了 200 个字符大小的缓冲区。我确信如果一次将更多文件数据读入内存,该程序将运行得更快。但是,通过这种比较,即使只有 200 个字符的缓冲区,你也已经看到了性能上的巨大差异。 -------------------------------------------------------------------------------- via: https://opensource.com/article/21/3/file-io-c 作者:[Jim Hall][a] 选题:[lujun9972][b] 译者:[wyxplus](https://github.com/wyxplus) 校对:[wxy](https://github.com/wxy) 本文由 [LCTT](https://github.com/LCTT/TranslateProject) 原创编译,[Linux中国](https://linux.cn/) 荣誉推出 [a]: https://opensource.com/users/jim-hall [b]: https://github.com/lujun9972 [1]: https://opensource.com/sites/default/files/styles/image-full-size/public/lead-images/file_system.jpg?itok=pzCrX1Kc "4 manilla folders, yellow, green, purple, blue" [2]: http://www.opengroup.org/onlinepubs/009695399/functions/fgetc.html [3]: http://www.opengroup.org/onlinepubs/009695399/functions/fputc.html [4]: http://www.opengroup.org/onlinepubs/009695399/functions/fprintf.html [5]: http://www.opengroup.org/onlinepubs/009695399/functions/fopen.html [6]: http://www.opengroup.org/onlinepubs/009695399/functions/fclose.html [7]: http://www.opengroup.org/onlinepubs/009695399/functions/feof.html [8]: http://www.opengroup.org/onlinepubs/009695399/functions/fread.html [9]: http://www.opengroup.org/onlinepubs/009695399/functions/fwrite.html