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C语言中的文本流模型与文件操作

最编程 2024-08-13 09:04:34
...

文本流的本质就是二进制数据流，其表现的形式，就是一维的字符数组。

在这里插入图片描述

文本流工作的流程如下：

  1. 设备将二进制数据送到缓冲区
  2. 文本流将二进制数据进行转化，主要为：
    按照 ‘\n’ 符号，将二进制流解析为一行行文本
  3. 最后输入\输出函数按照一行行文本进行读写

在这里插入图片描述

/*
    stream_first.c
    Use the stream to solve the problem
    BeginnerC
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
    char c = 'c';
    char read_char = 'n';
    ungetc(read_char, stdin);
    c = getchar();
    putchar(c);
    return 0;
}

在这个案例中，我们展现了文本流模型的冰山一角，如您所见，getchar 函数直接返回了 ‘n’，而在这之前，我们使用了一个新函数 ungetc 将 ‘n’ 写入 stdin。

下面，我们叙述这一切的工作原理。

在 C语言 中，所有标准库函数的输入输出，都扎根于文本流模型，而 C语言 在运行的时候，默认也提供三个文本流供我们读写数据。

他们分别的 stdin, stdout, stderr，其中 前缀 std 代表 “标准"，而in, out, err 代表输入、输出与错误。

他们的抽象就是字符数组，而在刚刚的工作流程之中：

  1. 一开始，标准输入输出流没有任何数据
  2. 使用 ungetc 以后，标准输入流里面拥有了字符 ‘n’
  3. 使用 getchar 函数以后，我们从标准输入流中读入了字符 ‘n’

值得一提的是，ungetc 的原理是对输入流缓冲区进行操作，而如果我们对输出流进行操作，其结果是未定义的。

在这里插入图片描述

/*
    stream_second.c
    Use the stream to solve the problem
    BeginnerC
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
    char c = '\0';
    while (EOF != (c = getchar()))
        putchar(c);
    return 0;
}

在这个程序中，我们将输入流复制到输出流之中，我们可以发现：尽管 getchar 只读取一个字符，但是它真正工作起来是在我们换行之后。

这就体现出文本流模型按行读取的特点。

事实上，这个程序等价于

在这里插入图片描述

/*
    stream_third.c
    Use the stream to solve the problem
    BeginnerC
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
    char c = '\0';
    while (EOF != (c = getc(stdin)))
        putc(c, stdout);
    return 0;
}

事实上，很多 C语言标准库函数 都是对输入输出流做了一层封装。

包括 printf, scanf 这些我们打过许多次交道的程序。

现在，我们发现程序中多出了一个叫做 EOF 的常量，它的含义就是“流结束"。，在 Fedora Linux 下面，CTRL+D可以让输入流结束。

而现在，我们希望以另一种角度看待文本流，那就是普通文件的角度。

Hello World
Here is BeginnerC

如你所见，我们准备一段文本，并将其写入一个文本文件，并进行如图所示的操作。
在这里插入图片描述

在这个案例之中，我们首次展现了文件与文本流的关系，这个 < 指令，被称为重定向，意义在于将输入的源头，从 shell 转移到 文件之中。

对于 C语言 而言，这仅仅意味着读写设备的转变，而不是输入输出流的改变，因此，一切照旧。

事实上，除了运用外部的手段以外，C语言自身也提供了许多与文件有关的函数，用于帮助我们将文本流与文件挂钩。

在这里插入图片描述

/*
    freopen.c
    Use the freopen function
    BeginnerC
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
    char c = '\0';
    freopen("output.txt", "w", stdout);
    while (EOF != (c = getchar()))
        putchar(c);
    return 0;
}

在这个程序中，我们使用 freopen 函数对输入输出流进行重定向，将输出流 stdout 重定向到文本文件 output.txt 中。

值的注意的是，这里我们首次使用了 C语言 中的文件读写字符串，下面让我们来正式罗列他们。

标志 含义
w 写（如果原文件存在内容，则清空文件）
r 读文件（如果文件不存在，失败）
a 追加写模式（不存在则创建，存在则在文件末尾追加）
w+ 读写一体（如果原文件存在内容，则清空文件）
r+ 读写文件一体（如果文件不存在，失败）
a+ 追加读写模式（不存在则创建，存在则在文件末尾追加） 文本流模型与文件操作
b 采用二进制流模型而不是文本流（在 UNIX 下，二进制流与文本流是一体两面）

而在这个基础上，我们也引入除“重定向"以外的另一种使用文本流的方式。

在这里插入图片描述

/*
    fopen.c
    Use the fopen to open the file
    BeginnerC
*/
#include <stdio.h>
int main()
{
    FILE *fp = NULL;
    int number_1, number_2, number_result;
    fp = fopen("new.txt", "w+");
    if (NULL == fp)
    {
        return -1;
    }
    fprintf(fp, "%d + %d = %d\n", 1, 2, 1 + 2);
    fflush(fp);
    fseek(fp, SEEK_SET, 0);
    fscanf(fp, "%d + %d = %d", &number_1, &number_2, &number_result);
    printf("%d + %d = %d\n", number_1, number_2, number_result);
    fclose(fp);
    return 0;
}

在这个案例中，我们使用 fprintf 与 fscanf 等函数，对文本流进行读写，fopen 则让文本流与特定的文件挂钩。

可以注意到，实际上：

printf(argument_list)
scanf(argument_list)
// Euqal to
fprintf(stdout, arguemnt_list)
fscanf(stdin, argument_list)

而 fflush 函数，则是一个类似于“加速器"的函数，它会让输出流缓冲区的内容立刻写入对应的文件。

值得注意的是 fseek 函数，它的职责是定位，负责读写位置在文本流中的定位。

其中分为

标志 含义
SEEK_SET 文本流缓冲区起始
SEEK_CUR 文本流缓冲区当下位置
SEEK_END 文本流缓冲区末尾

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