一、什么是標準 I/O？（FILE* 接口）
標準 I/O 是 C 標準庫為我們提供的一套高級文件操作接口，核心基于結構體 FILE，常見函數如：
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fopen() / fclose()
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fread() / fwrite()
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fprintf() / fscanf()
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fflush() / fseek() / ftell()
其背后的設計理念是：在用戶空間加一層緩沖區機制，減少頻繁的系統調用，提高 I/O 效率。
二、標準流與 FILE* 指針的關系
C 語言啟動時自動打開的三個標準流：
| 名稱 | 全局變量 | 描述 | 默認綁定設備 |
|---|---|---|---|
| 標準輸入 | stdin | 鍵盤輸入 | 文件描述符 0 |
| 標準輸出 | stdout | 屏幕輸出 | 文件描述符 1 |
| 標準錯誤輸出 | stderr | 屏幕錯誤輸出 | 文件描述符 2 |
它們本質上是三個全局變量指針：
extern FILE *stdin; // 標準輸入
extern FILE *stdout; // 標準輸出
extern FILE *stderr; // 標準錯誤
FILE 的結構體對象，這些對象在程序啟動時已經初始化好，不需要手動打開。
三、標準 I/O 的緩沖機制分類
標準 I/O 相比 read()/write() 的一個顯著特點是：內部使用了緩沖區機制（緩解頻繁的系統調用）。
1. 無緩沖（Unbuffered）
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直接寫入/讀取，不做緩存。
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特征：每次 fputc()、fprintf(stderr, ...) 都是一次系統調用。
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示例：標準錯誤流 stderr 通常是無緩沖。
2. 行緩沖（Line Buffered）
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讀寫一整行再提交，或者滿足以下任一條件立即刷新：
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遇到換行符 \n
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調用 fflush()
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緩沖區被填滿
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程序正常退出
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示例：標準輸出 stdout 在連接終端時通常是行緩沖。
3. 全緩沖（Fully Buffered）
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只有當緩沖區滿時或顯示調用 fflush() 時才進行 I/O 操作。
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示例：對磁盤文件操作通常是全緩沖。
關于緩沖區的大小
標準 I/O 緩沖區大小（來自 APUE 的描述）
標準 I/O 使用的是 用戶空間的緩沖機制，而這部分緩沖區的大小通常為：
? BUFSIZ，大小通常是 8192 字節（即 8KB）
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BUFSIZ 是一個宏，定義在 <stdio.h> 中，表示標準庫默認的緩沖區大小。
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實際大小由系統實現決定，但大多數現代系統中是 8192 字節（8KB）。
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你可以通過下面代碼查看具體大小：
#include <stdio.h> int main() { printf("BUFSIZ = %d\n", BUFSIZ); return0; }
🧠 說明一下：
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標準I/O函數（如 fopen/fread/fwrite）使用內部緩沖區，提高讀寫效率。
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這個緩沖區由 libc 實現，屬于用戶空間。
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不像 read() / write() 系統調用直接進入內核空間，標準IO通過一次性讀寫大塊內容來減少系統調用次數。
🧪 補充說明：你還可以自己設定緩沖區
FILE *fp = fopen("file.txt", "r"); char buf[BUFSIZ]; setbuf(fp, buf); // 手動設置緩沖區
或者使用 setvbuf() 函數精細控制緩沖類型（全緩沖、行緩沖、無緩沖）和大小。
📝 總結
| 名稱 | 值（常見） | 定義位置 | 用途 |
|---|---|---|---|
| BUFSIZ | 8192 字節 | <stdio.h> | 標準I/O默認緩沖區大小 |
📌 注意：BUFSIZ 是用于標準IO緩沖（如 fopen），而不是 read() 等系統調用（后者不涉及標準IO緩沖機制）。
這里FILE結構體需要描述
FILE 結構體的典型定義（簡化版）
FILE 的真實定義是不公開的（屬于 libc 實現細節），但你可以在 GNU libc 或 musl 的源碼中看到類似的簡化結構：
typedef struct _IO_FILE { int _fileno; // 文件描述符，對應 open 返回的 int char *_buffer; // 指向緩沖區的指針 char *_bufpos; // 當前緩沖位置 char *_bufend; // 緩沖區末尾 int _flags; // 文件狀態，如可讀、可寫、錯誤、EOF 等 long _pos; // 當前文件位置（用于 ftell、fseek） // 還有更多復雜字段... } FILE;
📌注意：不同系統實現（如 glibc、musl）中，這個結構體的字段名稱和結構會有所不同。
🎯 FILE 和底層文件描述符的區別
| 項目 | FILE（高級IO） | 文件描述符（低級IO） |
|---|---|---|
| 類型 | FILE *（結構體指針） | int（整數） |
| 接口 | fopen, fread, fwrite 等 | open, read, write 等 |
| 是否緩沖 | ? 有緩沖區（提高效率） | ? 無緩沖（每次都直接系統調用） |
| 是否格式化支持 | ? fprintf, fscanf | ? 不支持格式化 |
🧠 標準流的 FILE 示例
C語言一開始默認打開了三個標準流（在 <stdio.h> 中定義）：
extern FILE *stdin; // 標準輸入 extern FILE *stdout; // 標準輸出 extern FILE *stderr; // 標準錯誤
你可以直接使用這些來讀寫數據：
fprintf(stdout, "Hello\n"); fscanf(stdin, "%d", &num);
🧪 進階：緩沖機制與 FILE
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FILE 內部包含了一個緩沖區，默認大小是 BUFSIZ（通常是 8192 字節）。
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分為：
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全緩沖（默認情況，大文件使用）
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行緩沖（用于終端）
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無緩沖（stderr）
你可以用 setvbuf() 或 setbuf() 控制緩沖方式。
