之前章节采用的都是read/write等系统IO函数，本节介绍C的标准IO函数及其使用。

15.1 标准 I/O 的优点

15.1.1 标准 I/O 函数的两个优点

下面是标准 I/O 函数的两个优点：

  • 标准 I/O 函数具有良好的移植性
  • 标准 I/O 函数可以利用缓冲提高性能

创建套接字时，操作系统会准备 I/O 缓冲。此缓冲在执行 TCP 协议时发挥着非常重要的作用。此时若使用标准 I/O 函数，将得到额外的缓冲（IO函数缓冲）支持。如下图：
C15 套接字和标准IO - 图1

假设使用 fputs 函数进行传输字符串 「Hello」时，首先将数据传递到标准 I/O 缓冲，然后将数据移动到套接字输出缓冲，最后将字符串发送到对方主机。

设置缓冲的主要目的是为了提高性能。从以下两点可以说明性能的提高：

  • 传输的数据量
  • 数据向输出缓冲移动的次数。

比较 1 个字节的数据发送 10 次的情况和 10 个数据包发送 1 次的情况。发送数据时，数据包中含有头信息。头信息与数据大小无关，是按照一定的格式填入的。假设头信息占 40 个字节，需要传输的数据量也存在较大区别：

  • 1 个字节 10 次：40*10=400 字节
  • 10个字节 1 次：40*1=40 字节。

    15.1.2 标准 I/O 函数和系统函数之间的性能对比

    下面是利用系统函数复制文件的示例： ```go

    include

    include

    include

    define BUF_SIZE 3

int main(int argc, char *argv[]){ int fd1, fd2; int len; char buf[BUF_SIZE];

  1. // fd指的是文件描述符
  2. fd1 = open("news.txt", O_RDONLY);
  3. fd2 = open("cpy.txt", O_WRONLY | O_CREAT);
  5. while ((len = read(fd1, buf, sizeof(buf))) > 0)
  6.     write(fd2, buf, len);
  8. close(fd1);
  9. close(fd2);
  11. return 0;

}

  1. 下面是使用标准 I/O 函数复制文件：
  2. ```go
  3. #include <stdio.h>
  5. #define BUF_SZIE 3
  7. int main(int argc, char *argv[])
  8. {
  9.     FILE *fp1;
  10.     FILE *fp2;
  11.     char buf[BUF_SZIE];
  13.     // fp指的是文件指针！不是文件描述符，注意与syscpy.c的区分
  14.     fp1 = fopen("news.txt", "r");
  15.     fp2 = fopen("cpy.txt", "w");
  17.     while (fgets(buf, BUF_SZIE, fp1) != NULL)
  18.         fputs(buf, fp2);
  19.     fclose(fp1);
  20.     fclose(fp2);
  21.     return 0;
  22. }

由于标准IO函数自带IO缓冲，所以复制大文件的效率远大于系统IO函数。

15.1.3 标准 I/O 函数的几个缺点

标准 I/O 函数存在以下几个缺点：

  • 不容易进行双向通信（因为是文件指针，半关闭需要转化为套接字）
  • 有时可能频繁调用 fflush 函数（刷新缓冲区）
  • 创建socket默认返回文件描述符，需要转为文件指针

    15.2 使用标准 I/O 函数

    15.2.1 利用 fdopen 函数转换为 FILE 结构体指针

    函数原型如下：
    1. #include <stdio.h>
    2. FILE *fdopen(int fildes, const char *mode);
    3. /*
    4.   成功时返回转换的 FILE 结构体指针，失败时返回 NULL
    5.   fildes ： 需要转换的文件描述符
    6.   mode ： 将要创建的 FILE 结构体指针的模式信息
    7. */

以下为示例：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <fcntl.h>
  3. #include <unistd.h>
  5. int main(){
  6.     FILE *fp;
  7.     int fd = open("data.dat", O_WRONLY | O_CREAT); //创建文件并返回文件描述符
  8.     if (fd == -1){
  9.         fputs("file open error", stdout);
  10.         return -1;
  11.     }
  12.     fd = fdopen(fd, "w"); //返回 写 模式的 FILE 指针
  13.     fputs("NetWork C programming \n", fp);
  14.     fclose(fp);
  15.     return 0;
  16. }

编译运行：
C15 套接字和标准IO - 图2

15.2.2 利用 fileno 函数转换为文件描述符

函数原型如下：

  1. #include <stdio.h>
  2. int fileno(FILE *stream);
  3. /*
  4.     成功时返回文件描述符，失败时返回 -1
  5. */

示例：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <fcntl.h>
  3. #include <unistd.h>
  5. int main(){
  6.     FILE *fp;
  7.     int fd = open("data.dat", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC);
  8.     if (fd == -1){
  9.         fputs("file open error", stdout);
  10.         return -1;
  11.     }
  13.     printf("First file descriptor : %d \n", fd);
  14.     fp = fdopen(fd, "w"); //转成 file 指针
  15.     fputs("TCP/IP SOCKET PROGRAMMING \n", fp);
  16.     printf("Second file descriptor: %d \n", fileno(fp)); //转回文件描述符
  17.     fclose(fp);
  18.     return 0;
  19. }

15.3 基于套接字的标准 I/O 函数使用

把第四章的回声客户端和回声服务端的内容改为基于标准 I/O 函数的数据交换形式。

代码如下：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  4. #include <unistd.h>
  5. #include <arpa/inet.h>
  6. #include <sys/socket.h>
  8. #define BUF_SIZE 1024
  9. void error_handling(char *message);
  11. int main(int argc, char *argv[]){
  12.     int sock;
  13.     char message[BUF_SIZE];
  14.     int str_len;
  15.     struct sockaddr_in serv_adr;
  16.     FILE *readfp;
  17.     FILE *writefp;
  18.     if (argc != 3){
  19.         printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
  20.         exit(1);
  21.     }
  23.     sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  24.     if (sock == -1)
  25.         error_handling("socket() error");
  27.     memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
  28.     serv_adr.sin_family = AF_INET;
  29.     serv_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
  30.     serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
  32.     if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
  33.         error_handling("connect() error!");
  34.     else
  35.         puts("Connected...........");
  36.     readfp = fdopen(sock, "r"); // 将文件描述符转化为文件指针
  37.     writefp = fdopen(sock, "w");
  38.     while (1){
  39.         fputs("Input message(Q to quit): ", stdout);
  40.         fgets(message, BUF_SIZE, stdin);
  42.         if (!strcmp(message, "q\n") || !strcmp(message, "Q\n"))
  43.             break;
  45.         fputs(message, writefp);
  46.         fflush(writefp); // 刷新缓冲区，保证 message 立刻发送
  47.         fgets(message, BUF_SIZE, readfp);
  48.         printf("Message from server: %s", message);
  49.     }
  50.     fclose(writefp);
  51.     fclose(readfp);
  52.     return 0;
  53. }
  55. void error_handling(char *message){
  56.     fputs(message, stderr);
  57.     fputc('\n', stderr);
  58.     exit(1);
  59. }
  1. #include <stdio.h>
  2. #include <stdlib.h>
  3. #include <string.h>
  4. #include <unistd.h>
  5. #include <arpa/inet.h>
  6. #include <sys/socket.h>
  8. #define BUF_SIZE 1024
  9. void error_handling(char *message);
  11. int main(int argc, char *argv[]){
  12.     int serv_sock, clnt_sock;
  13.     char message[BUF_SIZE];
  14.     int str_len, i;
  16.     struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
  17.     socklen_t clnt_adr_sz;
  18.     FILE *readfp;
  19.     FILE *writefp;
  21.     if (argc != 2){
  22.         printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
  23.         exit(1);
  24.     }
  26.     serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  27.     if (serv_sock == -1)
  28.         error_handling("socket() error");
  30.     memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
  31.     serv_adr.sin_family = AF_INET;
  32.     serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  33.     serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
  35.     if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
  36.         error_handling("bind() error");
  38.     if (listen(serv_sock, 5) == -1)
  39.         error_handling("listen() error");
  41.     clnt_adr_sz = sizeof(clnt_adr);
  42.     for (i = 0; i < 5; i++){
  43.         clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);
  44.         if (clnt_sock == -1)
  45.             error_handling("accept() error");
  46.         else
  47.             printf("Connect client %d \n", i + 1);
  49.         readfp = fdopen(clnt_sock, "r");
  50.         writefp = fdopen(clnt_sock, "w");
  51.         while (!feof(readfp))
  52.         {
  53.             fgets(message, BUF_SIZE, readfp);
  54.             fputs(message, writefp);
  55.             fflush(writefp);
  56.         }
  58.         fclose(readfp);
  59.         fclose(writefp);
  60.     }
  61.     close(serv_sock);
  62.     return 0;
  63. }
  65. void error_handling(char *message){
  66.     fputs(message, stderr);
  67.     fputc('\n', stderr);
  68.     exit(1);
  69. }

编译运行：

C15 套接字和标准IO - 图3
可以看出，运行结果和第四章相同，但这是利用标准 I/O 实现的。

15.4 习题

  1. 请说明标准 I/O 的 2 个优点。他为何拥有这 2 个优点？
    答：①具有很高的移植性②有良好的缓冲提高性能。因为这些函数是由 ANSI C 标准定义的。适合所有编程领域。

  2. 利用标准 I/O 函数传输数据时，该说法是错误的： “调用 fputs 函数传输数据时，调用后应立即开始发送！”
    为何上述说法是错误的？为达到这种效果应该添加哪些处理过程？
    答：只是传输到了缓冲中，应该利用 fflush 来刷新缓冲区。