与底层 I/O 相比，标准 I/O 包除了可移植以外还有两个好处。第一，标准 I/O 有许多专门的函数简化了处理不同 I/O 的问题。第二，输入和输出都是缓冲的。也就是说，一次转移一大块信息而不是一字节信息（通常至少 512 字节）。这种缓冲极大地提高了数据传输速率。程序可以检查缓冲区中的字节。缓冲在后台处理，所以让人有逐字符访问的错觉（如果使用底层 I/O，要自己完成大部分工作）。

1. fopen() 函数

  1. FILE* fopen(const char *filename, const char *mode)

该函数声明在 中。它的第 1 个参数是待打开文件的名称，更确切地说是一个包含该文件名的字符串地址。第 2 个参数是一个字符串，指定待打开文件的模式。该函数的作用是使用给定的模式 mode 打开 文件名为 filename 的文件。
下面的图表列出了 C 库提供的一些模式。
image.png
r 代表 read，w 代表 write，a 代表 append，b 代表 binary，+ 表示读写。

像 UNIX 和 Linux 这样只有一种文件类型的系统，带 b 字母的模式和不带 b 字母的模式相同。

新的 C11 新增了带 x 字母的写模式，与以前的写模式相比具有更多特性。第一，如果以传统的一种写模式打开一个现有文件，fopen() 会把该文件的长度截为 0，这样就丢失了该文件的内容。但是使用带 x 字母的写模式，
即使 fopen() 操作失败，原文件的内容也不会被删除。第二，如果环境允许，x 模式的独占特性使得其他程序或线程无法访问正在被打开的文件。

注意！如果使用任何一种 “w” 模式（不带 x 字母）打开一个现有文件，该文件的内容会被删除，以便程序在一个空白文件中开始操作。然而，如果使用带 x 字母的任何一种模式，将无法打开一个现有文件。

程序成功打开文件后，fopen() 将返回文件指针，其他 I/O 函数可以使用这个指针指定该文件。文件指针的类型是指向 FILE 的指针，FILE 是一个定义在 stdio.h 中的派生类型。文件指针并不指向实际的文件，它指向一个包含文件信息的数据对象，其中包含操作文件的 I/O 函数所用的缓冲区信息。因为标准库中的 I/O 函数使用缓冲区，所以它们不仅要知道缓冲区的位置，还要知道缓冲区被填充的程度以及操作哪一个文件。标准 I/O 函数根据这些信息在必要时决定再次填充或清空缓冲区。

2. getc() 和 putc() 函数

int getc(FILE *filename);
int putc(int char, FILE *filename);

getc() 和 putc() 函数与 getchar() 和 putchar() 函数类似。所不同的是，要告诉 getc() 和 putc() 函数使用哪一个文件。

// 下面这条语句的意思是“从标准输入中获取一个字符”： 
ch = getchar(); 
// 下面这条语句的意思是“从fp指定的文件中获取一个字符”： 
ch = getc(fp); 

// 下面这条语句的意思是“从标准输出中打印一个字符”
putchar(ch);
// 下面语句的意思是“把字符ch放入FILE指针fpout指定的文件 中”：
putc(ch, fpout)

在 putc() 函数的参数列表中，第1个参数是待写入的字符，第2个参数是文件指针。

如果把 stdout 作为 putc() 的第2个参数，则和 putchar(ch) 的作用相同。实际上，putchar() 函数一般通过 putc() 来定义。与此类似，getchar() 也通过使用标准输入的 getc() 来定义。
PS：stdout 作为与标准输出相关联的文件指针，定义在 stdio.h 中。

3. 文件结尾

从文件中读取数据的程序在读到文件结尾时要停止。如何告诉程序已经读到文件结尾？
如果 getc() 函数在读取一个字符时发现是文件结尾，它将返回一个特殊值 EOF。所以 C 程序只有在读到超过文件末尾时才会发现文件的结尾（一些其他语言用一个特殊的函数在读取之前测试文件结尾，C 语言不同）。

4. fclose() 函数

int fclose(FILE *filename);

fclose(fp) 函数关闭 fp 指定的文件，必要时刷新缓冲区。对于较正式的程序，应该检查是否成功关闭文件。如果成功关闭，fclose() 函数返回 0，否则返回 EOF。 

if (fclose(fp) != 0) 
    printf("Error in closing file %s\n", argv[1]);

如果磁盘已满、移动硬盘被移除或出现 I/O 错误，都会导致调用 fclose() 函数失败。

5. 指向标准文件的指针

stdio.h 头文件把3个文件指针与3个标准文件相关联，C 程序会自动打开这3个标准文件。
image.png
这些文件指针都是指向 FILE 的指针，所以它们可用作标准 I/O 函数的参数，如 fclose(fp) 中的 fp。

6. 示例程序

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> // 提供 exit()的原型 
#include <string.h> // 提供 strcpy()、strcat()的原型 
#define LEN 40 
int main(int argc, char *argv []) 
{
    FILE *in, *out; // 声明两个指向 FILE 的指针 
    int ch; 
    char name[LEN]; // 储存输出文件名 
    int count = 0; 
    // 检查命令行参数 
    if (argc < 2) 
    {
        fprintf(stderr, "Usage: %s filename\n", argv[0]); 
        exit(EXIT_FAILURE); 
    }
    // 设置输入 
    if ((in = fopen(argv[1], "r")) == NULL) 
    {
        fprintf(stderr, "I couldn't open the file \"%s\"\n", 
        argv[1]); 
        exit(EXIT_FAILURE); 
    }
    // 设置输出 
    strncpy(name, argv[1], LEN - 5); // 拷贝文件名 
    name[LEN - 5] = '\0'; 
    strcat(name, ".red"); // 在文件名后添加.red 
    if ((out = fopen(name, "w")) == NULL) 
    { 
        // 以写模式打开文件 
        fprintf(stderr, "Can't create output file.\n"); 
        exit(3); 
    }
    // 拷贝数据 
    while ((ch = getc(in)) != EOF) 
        if (count++ % 3 == 0) 
               putc(ch, out);// 打印3个字符中的第1个字符 
    // 收尾工作 
    if (fclose(in) != 0 || fclose(out) != 0) 
        fprintf(stderr, "Error in closing files\n"); 
    return 0; 
}