标准IO：字符、行 读写

1. 文件读写的三种基本方式

C 语言标准 I/O（Standard I/O）库提供了三种主要的文件读写方式：

• 字符方式（Character-wise）：一次读/写一个字符。
• 行方式（Line-wise）：一次读/写一行文本。
• 对象方式（Object-wise）：以结构体或自定义数据块为单位进行读写，模拟“对象”操作。

注：此处的“对象”并非面向对象编程中的概念，而是指将数据视为一个整体（如 struct）进行操作。

2. 字符输入接口（Character Input）

2.1 fgetc() 函数

• 功能：从指定流中读取一个字符。
• 函数原型：

  int fgetc(FILE *stream);
  

• 参数：FILE *stream —— 已打开的文件流（由 fopen() 返回）。
• 返回值：
  • 成功时返回读取字符的 int 类型值（实际为 unsigned char 转换而来）。
  • 遇到文件结尾（EOF）或出错时返回 EOF（通常为 -1）。
• 关键点：
  • 返回类型为 int 而非 char，是为了能表示所有可能的字节值（0–255）以及 EOF（-1）。
  • 使用前需确保文件以读模式（如 "r"）打开。

2.2 getc() 宏

• 功能：与 fgetc() 功能相同。
• 区别：getc() 是宏（macro），而 fgetc() 是函数。
• 用法：

  int c = getc(fp); // fp 为 FILE* 类型
  

2.3 getchar() 函数

• 功能：从标准输入（stdin）读取一个字符。
• 等价于：fgetc(stdin) 或 getc(stdin)。
• 典型用法：

  int c = getchar();
  

2.4 使用示例与注意事项

#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *fp = fopen("test.txt", "r");
    if (fp == NULL) {
        perror("fopen");
        return 1;
    }

    int c;
    while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {
        printf("%c", c);
    }
    printf("\nFgetc reached EOF normally.\n");

    fclose(fp);
    return 0;
}

• 必须检查 EOF：用于判断是否到达文件末尾或发生错误。
• EOF 不是字符：它是整型常量（通常为 -1），不应存入字符数组。

3. 字符输出接口（Character Output）

3.1 fputc() 函数

• 功能：向指定流写入一个字符。
• 原型：

  int fputc(int c, FILE *stream);
  

• 返回值：
  • 成功时返回写入的字符（作为 unsigned char 转 int）。
  • 失败时返回 EOF。

3.2 putc() 宏

• 功能同 fputc()，但实现为宏。

3.3 putchar() 函数

• 功能：向标准输出（stdout）写入一个字符。
• 等价于：fputc(c, stdout)。

3.4 常见错误：bad file descriptor

• 原因：文件打开模式错误。
  • 若需写入，必须使用写模式（如 "w"、"a"、"w+" 等）。
  • 若以只读模式（"r"）打开却尝试写入，将导致错误。
• 解决方法：检查 fopen() 的第二个参数是否匹配操作意图。

3.5 示例

FILE *fp = fopen("test.txt", "a"); // 追加模式，保留原内容
if (fp == NULL) { /* error handling */ }

int ret = fputc('A', fp);
if (ret == EOF) {
    printf("Write failed!\n");
}
fclose(fp);

• 使用 "w" 模式会清空原文件；"a" 模式则在末尾追加。

4. 行输入接口：fgets()

4.1 函数原型

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);

4.2 功能与安全机制

• 从 stream 中最多读取 size - 1 个字符，存入 s。
• 自动在末尾添加 \0，确保字符串安全。
• 若遇到换行符 \n 或 EOF，则提前结束，并将 \n 保留在缓冲区中（若空间足够）。
• 不会发生缓冲区溢出（相比危险的 gets()）。

4.3 返回值

• 成功时返回 s（即传入的缓冲区地址）。
• 遇到 EOF 或出错时返回 NULL。

4.4 关键行为分析

注意：fgets() 可能需要多次调用才能读完超长行。

4.5 示例

#define N 32
char buffer[N];
while (fgets(buffer, N, fp) != NULL) {
    printf("Read: %s", buffer); // buffer 已含 \n
}

5. 行输出接口：fputs() 与 puts()

5.1 fputs()

• 原型：

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

• 功能：将字符串 s（不含自动 \0）写入流。
• 不自动添加换行符 \n。
• 返回值：成功返回非负值，失败返回 EOF。

5.2 puts()

• 原型：

  int puts(const char *s);
  

• 功能：将字符串写入 stdout，自动追加 \n。
• 等价于：fputs(s, stdout); putchar('\n');

5.3 对比总结

二者均不会导致缓冲区溢出，因只输出已有字符串。

6. 实践应用案例

6.1 文件复制（字符级）

// charcopy.c
#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 3) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <src> <dst>\n", argv[0]);
        return 1;
    }

    FILE *src = fopen(argv[1], "r");
    if (!src) { perror("fopen src"); return 1; }

    FILE *dst = fopen(argv[2], "w"); // 覆盖模式
    if (!dst) {
        perror("fopen dst");
        fclose(src);
        return 1;
    }

    int c;
    while ((c = fgetc(src)) != EOF) {
        if (fputc(c, dst) == EOF) {
            perror("fputc");
            break;
        }
    }

    fclose(src);
    fclose(dst);
    printf("Copy completed.\n");
    return 0;
}

6.2 统计文件行数

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define N 1024

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "Usage: %s <file>\n", argv[0]);
        return 1;
    }

    FILE *fp = fopen(argv[1], "r");
    if (!fp) { perror("fopen"); return 1; }

    char buffer[N];
    int count = 0;

    while (fgets(buffer, N, fp) != NULL) {
        size_t len = strlen(buffer);
        if (len > 0 && buffer[len - 1] == '\n') {
            count++; // 完整一行（含 \n）
        }
        // 注意：最后一行若无 \n，是否计入需根据需求决定
    }

    printf("Total lines: %d\n", count);
    fclose(fp);
    return 0;
}

• 判断完整行：检查 buffer 末尾是否为 \n。
• 使用 strlen() 获取有效长度（不含 \0）。

7. 关键总结

• 始终检查返回值：fopen、fgetc、fputc、fgets 等均需错误处理。
• 正确使用文件模式：
  • 读："r"
  • 写（覆盖）："w"
  • 追加："a"
  • 读写："r+", "w+", "a+"
• 避免 gets()：使用 fgets() 替代，防止缓冲区溢出。
• 资源管理：打开的文件务必 fclose()，尤其在错误路径中也要关闭已打开的文件。
• EOF 处理：fgetc() 返回 int 是为了兼容 EOF，勿用 char 接收。
• 行处理注意：fgets() 保留 \n，fputs() 不添加 \n，而 puts() 会添加。