C 語言文件輸入輸出函數體系全景總結

編輯：關於C語言

標準 I/O 分層架構

應用程式
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┌─────────────────────┐
│  標準 I/O 庫 (stdio.h)  │  ← 緩衝、格式化、流抽象
│  FILE*, fopen, fclose  │
│  fread, fwrite, fprintf│
│  fscanf, fgets, fputs  │
└─────────┬───────────┘
          │ 函數調用
          ▼
┌─────────────────────┐
│  系統調用接口 (unistd.h) │  ← 無緩衝、文件描述符、內核態
│  open, close, read, write│
│  lseek, stat, ioctl     │
└─────────┬───────────┘
          │ 系統調用
          ▼
┌─────────────────────┐
│    內核 VFS 層       │  ← 文件系統抽象、頁面緩存、權限檢查
└─────────┬───────────┘
          ▼
    具體文件系統 / 設備驅動

核心函數分類速查表

1. 文件打開與關閉

函數	用途	關鍵參數
`fopen(path, mode)`	打開文件返回 FILE*	mode: r/w/a/r+/w+/a+ + b(二進制)
`freopen(path, mode, fp)`	重新關聯流 (常用於重定向)
`fclose(fp)`	刷新緩衝區、關閉文件、釋放 FILE*	返回 0 成功, EOF 失敗
`fdopen(fd, mode)`	文件描述符轉 FILE*	整合底層與標準 I/O
`fileno(fp)`	FILE* 取文件描述符	用於系統調用互操作

2. 格式化輸入輸出

輸出：fprintf(fp, fmt, ...), printf(fmt, ...) (stdout), sprintf(buf, fmt, ...), snprintf(buf, n, fmt, ...) (安全版)
輸入：fscanf(fp, fmt, ...), scanf(fmt, ...) (stdin), sscanf(str, fmt, ...)
格式符核心：%[flags][width][.prec][len]type (d/i/u/o/x/X/f/e/E/g/G/c/s/p/n/%...)

3. 字元/行/塊輸入輸出

層級	輸入	輸出	特點
字元	`fgetc(fp)`, `getc(fp)`, `getchar()`	`fputc(c, fp)`, `putc(c, fp)`, `putchar(c)`	單字元、宏/函數雙形態
行	`fgets(buf, n, fp)`	`fputs(str, fp)`, `puts(str)` (stdout+換行)	保留換行符、緩衝高效
塊 (二進制)	`fread(ptr, size, nmemb, fp)`	`fwrite(ptr, size, nmemb, fp)`	返回完成項數、適合結構體/陣列

4. 文件定位與狀態查詢

fseek(fp, offset, whence) / ftell(fp) (long, 32 位限制)
fseeko(fp, offset, whence) / ftello(fp) (off_t, 64 位大文件)
rewind(fp) (等同 fseek(fp,0,SEEK_SET) + 清錯誤標誌)
fgetpos(fp, pos) / fsetpos(fp, pos) (fpos_t, 可移植大文件)
feof(fp), ferror(fp), clearerr(fp), fileno(fp)

5. 緩衝區控制

setbuf(fp, buf)：指定緩衝區 (NULL=無緩衝, BUFSIZ=全緩衝)
setvbuf(fp, buf, mode, size)：mode=_IOFBF(全)/_IOLBF(行)/_IONBF(無)
fflush(fp)：強制刷新輸出緩衝區
setbuffer/setlinebuf (BSD 擴展)

6. 臨時文件與標準流

tmpfile()：創建臨時二進制文件 (關閉自動刪除)
tmpnam(buf)：生成唯一臨時文件名
標準流：stdin, stdout, stderr (預設行緩衝/無緩衝)

錯誤處理模式


FILE *fp = fopen("data.bin", "rb");
if (!fp) {
    perror("fopen failed"); // 輸出 "fopen failed: No such file or directory"
    return -1;
}

if (fread(buf, 1, sizeof(buf), fp) != sizeof(buf)) {
    if (feof(fp)) fprintf(stderr, "Unexpected EOF\n");
    else if (ferror(fp)) perror("fread error");
}

fclose(fp);