Читать книгу 📗 "Операционная система UNIX - Робачевский Андрей Михайлович"

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:

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:

Функция setbuf(3S) позволяет включить или отключить буферизацию для потока

. В первом случае должен указывать на буфер размером , во втором его значение должно быть равно .

Функция setvbuf(3S) позволяет производить более тонкое управление буферизацией, явно указывая, какой ее тип мы хотим установить. Для этого используется аргумент

, который может принимать следующие значения:

_IOFBF	Полная буферизация
_IOLBF	Построчная буферизация
_IONBF	Отсутствие буферизации

В случае полной или построчной буферизации аргумент

определяет размер буфера, адресованного указателем .

Каждый поток стандартной библиотеки представлен указателем на структуру

, показанную на рис. 2.9, в которой хранится указатель на буфер , указатель на следующий символ, подлежащий чтению или записи , число байт в буфере , указатель на файловый дескриптор , с которым ассоциирован данный поток, а также флаги состояния потока . При создании буфера библиотека выбирает оптимальный размер для данного потока. Обычно этот размер равен значению поля структуры , 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 , определенное в файле <stdio.h>.