APUE 学习笔记(四) 标准I/O库

1.流与FILE对象

unix I/O系统调用都是针对文件描述符的

标准C的I/O函数都是针对流(文件指针)的，我们使用一个流与一个文件相关联

2.缓冲

标准I/O库提供缓冲的目的就是尽可能减少read和write系统调用的使用次数

标准I/O提供三种类型的缓冲：

(1)
全缓冲：在填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作，磁盘上的文件通常是全缓冲，第一次I/O操作时调用malloc获得需要使用的缓冲区

(2)行缓冲：输入输出遇到换行符时，标准I/O库执行I/O操作。涉及终端时(标准输入和标准输出)通常使用行缓冲

标准I/O库用来收集每一行的缓冲区的长度是固定的，只要填满了缓冲区，就一定会进行I/O操作

(3)不带缓冲：标准出错流stderr通常是不带缓冲的，这使得出错信息可以尽快显示出来

setbuf  setvbuf

使用标准I/O的一个优点就是无需考虑缓冲以及最佳I/O长度的选择

3.二进制I/O

(1)读或写一个二进制数组，例如，将一个浮点数组的第2-5个元素写至一个文件

float data[10];

fwrite(&data[2], sizeof(data[0]), 4, fp);

(2)读或写一个结构体

struct {

    short count;

    long  total;

    char  name[NAMESIZE];

} item;

fwrite(&item, sizeof(item), 1, fp);

4.测试I/O性能

  #include <unistd.h>

  #include <fcntl.h>

  #include <stdio.h>

  #include <stdlib.h>

  #include <assert.h>

#define BUFSIZE 1

  //#define BUFSIZE 8

  //#define BUFSIZE 64

  //#define BUFSIZE 256

  //#define BUFSIZE 1024

  //#define BUFSIZE 4096

  //#define BUFSIZE 9182
int main(int argc, char* argv[])

  {

    char buf[BUFSIZE];

    int nbytes = 0;

  /* unix read version */

      /*

      while ((nbytes = read(STDIN_FILENO, buf, BUFSIZE)) > 0) {

          if (write(STDOUT_FILENO, buf, nbytes) != nbytes) {

              fprintf(stderr, "write error\n");

          }

      }

      if (nbytes< 0) {

          fprintf(stderr, "read error\n");

      }

      */
/* std c I/O version */

      int c;

      while ((c = fgetc(stdin)) != EOF) {

          if (fputc(c, stdout) == EOF) {

              fprintf(stderr, "fputc error\n");

          }

      }

      if (ferror(stdin)) {

          fprintf(stderr, "fgetc error\n");

      }
return 0;

  }

我们查看程序的测试文本： stat test.txt

得知：该测试文件为 259，546，640Byte， I/O块大小为 4096字节

(1) BUFSIZE直接决定了 系统调用数，所以使用unix I/O的关键在于选取最合适的缓冲区长度

(2)当BUFSIZE等于 文件
I/O块大小时，系统CPU时间出现最小值，继续增加缓冲区长度对此时间几乎没有影响

(3)fgetc fputc标准I/O自行管理缓冲区，但是其时间都大于 unix
I/O最佳缓冲区时的时间值，使用标准I/O库时，系统会自动选取一个最佳I/O长度

一般依据文件的I/O块大小值，但是因为标准I/O的内部缓冲 和 unix I/O最佳缓冲区长度相等时，标准I/O库中有一个 外存文件==>
FILE内部缓冲 ==> 应用缓冲，

而Unix I/O 是直接 外存文件 ==> 应用缓冲， 两者虽然系统调用数相同，但是 标准I/O多了缓冲的操作，所以效率较低