標準I/O基礎概念

標準I/O（Standard Input/Output）是C語言提供的一組高級文件操作函數，位于<stdio.h>頭文件中。與低級I/O（如Unix的系統調用read/write）相比，標準I/O引入了緩沖機制，能顯著提升讀寫效率。核心概念包括：

• 文件指針（FILE）*：指向FILE結構的指針，用于標識打開的文件流
• 緩沖類型：全緩沖、行緩沖、無緩沖
• 文本流與二進制流：文本流會處理換行符轉換，二進制流直接讀寫原始數據

文件打開與關閉

fopen函數

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

• 參數：

  • filename：文件路徑字符串
  • mode：打開模式：
    • "r"：只讀（文件必須存在）
    • "w"：只寫（創建新文件或清空已有文件）
    • "a"：追加（在文件末尾寫入）
    • "r+"：讀寫（文件必須存在）
    • "w+"：讀寫（創建新文件或清空已有文件）
    • "a+"：讀寫（從文件末尾開始）
    • 附加b表示二進制模式（如"rb"）

• 返回值：成功返回FILE指針，失敗返回NULL

fclose函數

int fclose(FILE *stream);

• 參數：要關閉的文件流指針
• 返回值：成功返回0，失敗返回EOF
• 注意：關閉前會刷新緩沖區，多次關閉同一流會導致未定義行為

字符I/O操作

fgetc函數

int fgetc(FILE *stream);

• 從指定流讀取一個字符
• 返回值：成功返回讀取的字符（轉為unsigned char再轉int），失敗或到達文件尾返回EOF

fputc函數

int fputc(int c, FILE *stream);

• 向指定流寫入一個字符
• 參數：c會被轉為unsigned char寫入
• 返回值：成功返回寫入的字符，失敗返回EOF

使用示例：

// 文件復制示例
FILE *src = fopen("input.txt", "r");
FILE *dst = fopen("output.txt", "w");
int ch;
while ((ch = fgetc(src)) != EOF) {fputc(ch, dst);
}
fclose(src);
fclose(dst);

行I/O操作

fgets函數

char *fgets(char *str, int n, FILE *stream);

• 從流中讀取最多n-1個字符到str緩沖區
• 遇到換行符或EOF時停止，換行符會被保留
• 緩沖區末尾自動添加'\0'
• 返回值：成功返回str指針，失敗或到達文件尾返回NULL

fputs函數

int fputs(const char *str, FILE *stream);

• 將字符串寫入流，不包含結尾的'\0'
• 返回值：成功返回非負值，失敗返回EOF

使用示例：

// 行計數示例
FILE *fp = fopen("file.txt", "r");
char buffer[256];
int lines = 0;
while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp)) {lines++;
}
fclose(fp);

格式化I/O操作

fscanf函數

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

• 從流中按指定格式讀取數據
• 格式字符串與scanf相同
• 返回值：成功匹配并賦值的參數個數，失敗或到達文件尾返回EOF

fprintf函數

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

• 按指定格式向流寫入數據
• 格式字符串與printf相同
• 返回值：成功寫入的字符數，失敗返回負值

使用示例：

// 結構化數據讀寫
typedef struct {int id;char name[50];float score;
} Student;FILE *fp = fopen("data.txt", "w+");
Student s = {1, "Alice", 95.5f};
fprintf(fp, "%d %s %f\n", s.id, s.name, s.score);rewind(fp);
Student new_s;
fscanf(fp, "%d %49s %f", &new_s.id, new_s.name, &new_s.score);
fclose(fp);

錯誤處理與狀態檢查

• ferror：檢查流錯誤標志

  int ferror(FILE *stream);
  

• feof：檢查文件結束標志

  int feof(FILE *stream);
  

• clearerr：清除錯誤和EOF標志

  void clearerr(FILE *stream);
  

正確使用模式：

while (1) {ch = fgetc(fp);if (feof(fp)) break;if (ferror(fp)) {perror("Read error");break;}// 處理字符
}