Стандартная библиотека ввода/вывода

Стандартная библиотека ввода/вывода

Функции, которые мы только что рассмотрели представляют интерфейс ввода/вывода между приложениями и ядром операционной системы. Хотя их использование напоминает использование библиотечных функций С, по существу они представляют собой лишь "обертки" к функциям ядра UNIX, фактически выполняющим операции ввода/вывода.

Однако программисты редко используют этот интерфейс низкого уровня, предпочитая возможности, предоставляемые стандартной библиотекой ввода/вывода. Функции этой библиотеки обеспечивают буферизованный ввод/вывод и более удобный стиль программирования. Для использования функций этой библиотеки в программу должен быть включен файл заголовков <stdio.h>. Эти функции входят в стандартную библиотеку С (libc.so или libc.a), которая, как правило, подключается по умолчанию на этапе связывания.

Вместо использования файлового дескриптора библиотека определяет указатель на специальную структуру данных (структура FILE), называемый потоком или файловым указателем. Стандартные потоки ввода/вывода обозначаются символическими именами stdin, stdout, stderr соответственно для потоков ввода, вывода и сообщений об ошибках. Они определены следующим образом:

extern FILE *stdin;

extern FILE *stdout;

extern FILE *stderr;

Связь потоков стандартной библиотеки с файловыми дескрипторами приведена в табл. 2.9.

Таблица 2.9. Стандартные потоки и их дескрипторы

Файловый дескриптор Поток (указатель) Описание
0 stdin Стандартный ввод
1 stdout Стандартный вывод
2 stderr Сообщения об ошибках

Таблица 2.10. Наиболее употребительные функции стандартной библиотеки ввода/вывода

Функция Назначение
fopen(3S) Открывает файл с указанным именем и возвращает файловый указатель, ассоциированный с данным файлом
fclose(3S) Закрывает поток, освобождая буферы
fflush(3S) Очищает буфер потока, открытого на запись
getc(3S) Считывает символ из потока
putc(3S) Записывает символ в поток
gets(3S) Считывает строку из потока
puts(3S) Записывает строку в поток
fread(3S) Считывает указанное число байтов из потока (бинарный ввод)
fwrite(3S) Записывает указанное число байтов в поток (бинарный вывод)
fseek(3S) Позиционирует указатель в потоке
printf(3S) Производит форматированный вывод
scanf(3S) Производит форматированный ввод
fileno(3S) Возвращает файловый дескриптор данного потока

Выбор между функциями интерфейса системных вызовов и стандартной библиотеки зависит от многих факторов, в частности, степени контроля ввода/вывода, переносимости программы, простоты. Взгляните, например, на следующие эквивалентные строки программы:

write (1, "Здравствуй, Мир! ", 16);

printf("Здравствуй, Мир! ");

В первой строке сообщение выводится с использованием системной функции write(2), во второй — с помощью библиотечной функции printf(3S). Помимо того, что второй вариант кажется более лаконичным, отметим еще ряд особенностей. В первом варианте пришлось сделать предположение о том, что файловый дескриптор стандартного вывода равен 1, что может оказаться несправедливым для некоторых систем. Также пришлось явно указать число символов в строке, т.к. write(2) не делает никаких предположений о формате вывода, трактуя его как последовательность байтов. В отличие от wite(2), printf(3S) распознает строки, представляющие собой последовательность символов, заканчивающихся нулем. Функция printf(3S) также позволяет отформатировать выводимые данные для представления их в требуемом виде.

Но основным достоинством функций библиотеки является буферизация ввода/вывода, позволяющая минимизировать число системных вызовов read(2) и write(2). При открытии файла и создании потока функции библиотеки автоматически размещают необходимые буферы, позволяя приложению не заботиться о них.

Библиотека предоставляет три типа буферизации:

? Полная буферизация. В этом случае операция чтения или записи завершается после того, как будет заполнен буфер ввода/вывода. Ввод/вывод для дисковых файлов, как правило, полностью буферизуется. Буфер размещается с помощью функции malloc(3C) при первом обращении к потоку для чтения или записи и заполняется системными вызовами read(2) или write(2). Это означает, что последующие вызовы getc(3S), gets(3S), putc(3S), puts(3S) и т.д. не инициируют обращений к системным функциям, а будут производить чтение или запись из буфера библиотеки. Содержимое буфера очищается (т.е. данные сохраняются на диске) автоматически, либо при вызове функции fflush(3S).

Построчная буферизация. В этом случае библиотека выполняет фактический ввод/вывод (т.е. производит системные вызовы read(2) или write(2)) построчно при обнаружении конца строки (символа перевода каретки). Такой тип буферизации обычно используется для ассоциированных с терминальными устройствами потоков, которыми, как правило являются стандартные потоки ввода и вывода.

Отсутствие буферизации. В этом случае библиотека не производит никакой буферизации, фактически являясь только программной оболочкой системных вызовов. При этом достигаются минимальные задержки операций чтения и записи, необходимые, например, при выводе сообщений об ошибках. Отсутствие буферизации характерно для стандартного потока вывода сообщений об ошибках.

Характер буферизации может быть изменен с помощью функций:

#include <stdio.h>

void setbuf(FILE *stream, char *buf);

int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int type, size_t size);

Функция setbuf(3S) позволяет включить или отключить буферизацию для потока stream. В первом случае buf должен указывать на буфер размером BUFSIZ, во втором его значение должно быть равно NULL.

Функция setvbuf(3S) позволяет производить более тонкое управление буферизацией, явно указывая, какой ее тип мы хотим установить. Для этого используется аргумент type, который может принимать следующие значения:

_IOFBF Полная буферизация
_IOLBF Построчная буферизация
_IONBF Отсутствие буферизации

В случае полной или построчной буферизации аргумент size определяет размер буфера, адресованного указателем buf.

Каждый поток стандартной библиотеки представлен указателем на структуру FILE, показанную на рис. 2.9, в которой хранится указатель на буфер _base, указатель на следующий символ, подлежащий чтению или записи _ptr, число байт в буфере _cnt, указатель на файловый дескриптор _file, с которым ассоциирован данный поток, а также флаги состояния потока _flag. При создании буфера библиотека выбирает оптимальный размер для данного потока. Обычно этот размер равен значению поля st_blksize структуры stat, возвращаемой системным вызовом stat(2), рассмотренный в разделе "Метаданные файла" этой главы. Если определить оптимальный размер невозможно, например для каналов или специальных файлов устройств, выбирается стандартное значение BUFSIZ, определенное в файле <stdio.h>.

Рис. 2.9. Структуры данных потока

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

7.2.2.3. Планировщик ввода-вывода

Из книги Fedora 8 Руководство пользователя автора Колисниченко Денис Николаевич

7.2.2.3. Планировщик ввода-вывода В ядре 2.6 появилась возможность самостоятельно выбирать планировщик ввода-вывода. Всего используется четыре плани-ровщика.• noop - самый простой планировщик ввода-вывода, практически ничего не умеет, создавался в расчете на использование


19.7.2. Перенаправление ввода/вывода

Из книги Linux-сервер своими руками автора Колисниченко Денис Николаевич

19.7.2. Перенаправление ввода/вывода Перенаправление ввода/вывода уже рассматривалось в гл. 5, поэтому я лишь напомню общий формат команд:команда > (>>) файлсписок > (>>) файлКак вы уже знаете, при использовании одного знака больше файл, в который переназначен вывод,


Операции ввода-вывода в AS/400

Из книги Основы AS/400 автора Солтис Фрэнк

Операции ввода-вывода в AS/400 Теперь от аппаратной архитектуры ввода-вывода AS/400 перейдем к совместной работе OS/400, SLIC и аппаратуры при выполнении операции ввода-вывода для прикладной программы. Сначала рассмотрим объекты, поддерживающие ввод-вывод, затем — многоуровневую


Компоненты ввода-вывода

Из книги Программирование на языке Ruby [Идеология языка, теория и практика применения] автора Фултон Хэл

Компоненты ввода-вывода 4 Денис! Эту сноску — на поля! Таблица по старому изданию, сравнить с новым. Для верстальщика: по-моему, стоит убрать рамку — будет красивееТаблица 10.1. Язык ввода-вывода AMQ Очередь свободных сообщений BCT Таблица управления шиной BCU Устройство


Будущее ввода-вывода AS/400

Из книги Linux: Полное руководство автора Колисниченко Денис Николаевич

Будущее ввода-вывода AS/400 Высокопроизводительные процессоры для будущих систем AS/400 ничего не дадут, если им не поставлять достаточно данных для полноценной загруженности. Давайте кратко рассмотрим будущее подсистемы ввода-вывода AS/400. Хотя этому вопроса уже уделено


3.4.6. Потоки ввода-вывода

Из книги Операционная система UNIX автора Робачевский Андрей М.

3.4.6. Потоки ввода-вывода Как я уже сказал, каждому процессу сопоставлена таблица открытых им файлов. Три первых позиции в этой таблице заняты всегда: каждый процесс открывает потоки (помните, что в UNIX файл — это и есть поток данных?) для ввода и вывода данных, а также вывода


15. Библиотека языка Си и файлы ввода-вывода

Из книги UNIX: разработка сетевых приложений автора Стивенс Уильям Ричард

15. Библиотека языка Си и файлы ввода-вывода БИБЛИОТЕКА ЯЗЫКА СИФАЙЛЫ В ЯЗЫКЕ СИФУНКЦИИ РАБОТЫ С ФАЙЛОММАКРООПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛЯ ПРОВЕРКИ СИМВОЛОВФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАМЯТИ     Всякий раз, когда нам нужно использовать такие функции, как printf( ), getchar( ) и strlen( ), мы обращаемся в


Подсистема ввода/вывода

Из книги Разработка ядра Linux автора Лав Роберт

Подсистема ввода/вывода Подсистема ввода/вывода выполняет запросы файловой подсистемы и подсистемы управления процессами для доступа к периферийным устройствам (дискам, магнитным лентам, терминалам и т.д.). Она обеспечивает необходимую буферизацию данных и


Операции ввода/вывода

Из книги UNIX — универсальная среда программирования автора Пайк Роб

Операции ввода/вывода На рис. 4.14 представлена схема выполнения операций ввода/вывода с использованием буферного кэша. Важной особенностью этой подсистемы является то, что она обеспечивает независимое выполнение операций чтения или записи данных процессом как


6.2. Модели ввода-вывода

Из книги Конец холивара. Pascal vs C автора Кривцов М. А.

6.2. Модели ввода-вывода Прежде чем начать описание функций select и poll, мы должны вернуться назад и уяснить основные различия между пятью моделями ввода-вывода, доступными нам в Unix:? блокируемый ввод-вывод;? неблокируемый ввод-вывод;? мультиплексирование ввода-вывода


Планировщики ввода-вывода

Из книги QT 4: программирование GUI на С++ автора Бланшет Жасмин

Планировщики ввода-вывода Простая отправка запросов на устройство ввода-вывода в том же порядке, в котором эти запросы направляет ядро, приводит к очень плохой производительности. Одна из наиболее медленных операций, которые вообще могут быть в компьютере,— это поиск по


Процедуры ввода и вывода

Из книги автора

Процедуры ввода и вывода Для ввода исходных данных применяются процедуры READ и READLN. После выполнения процедуры READ значение следующего данного читается из этой же строки, а при выполнении процедуры READLN – с новой строки.READ – читатьНапример: READ (X);READLN – читать с новой


Процедуры ввода и вывода

Из книги автора

Процедуры ввода и вывода Стандартная библиотека ввода-вывода языка C подключается с помощью директивы препроцессора #include <stdio. h>Форматный ввод данных пользователя с клавиатуры производится функцией scanf ().scanf (CONTROL, ARG1, ARG2, …);Данная функция осуществляет чтение


Стандартная библиотека С++

Из книги автора

Стандартная библиотека С++ В данном разделе мы кратко рассмотрим стандартную библиотеку С++. На рис. Б.З приводится список базовых заголовочных файлов С++:• <bitset> — шаблонный класс для представления последовательностей битов фиксированной длины,• <complex> — шаблонный