[리눅스 개발환경] 08. 표준 I/O 라이브러리

[tonykang22]

08. 표준 I/O 라이브러리

표준 I/O 라이브러리란?

I/O 시스템 콜	표준 I/O 라이브러리
저수준 (커널 수준)	고수준 (어플리케이션 수준)
리눅스 커널 지원 시스템 콜	ANSI C 표준 지원 라이브러리
기본 버퍼링
Linux의 경우 open(), read(), write() 등 시스템 콜 이용 구현
open()	fopen()
close()	fclose()
read()	fread()
write()	fwrite()

표준 I/O 라이브러리 개요

사용자 버퍼 입출력

• 사용자 버퍼 입출력은 블록 단위로 동작하는 파일 시스템과 추상 개념을 갖고 있는 애플리케이션 간의 간극을 좁혀준다.
• 데이터가 쓰여지면 프로그램 주소 공간 내 버퍼에 저장된다.
• 버퍼가 특정 크기(버퍼 크기)에 도달하면 전체 버퍼는 한번의 쓰기 연산을 통해 실제로 기록이 된다.
• 읽기 역시 마찬가지로 버퍼 크기에 맞춰 블록에 정렬된 데이터를 읽는다.
• 그 결과 데이터가 많더라도 모두 블록 크기에 맞춰 적은 횟수의 시스템 콜만 사용하게 되며 이를 통해 성능 향상을 얻을 수 있다.
• 표준 C 라이브러리가 제공하는 stdio 라이브러리는 플랫폼 독립적인 사용자 버퍼링 해법을 제공한다.

fopen

#include <stdio.h>

FILE * fopen (const char *path, const char *mode);

• 표준 입출력 함수들은 파일 디스크럽터를 직접 다루지 않는 대신 파일 포인터라는 식별자를 사용한다.
• 파일 포인터는 C 라이브러리 내부에서 파일 디스크립터로 매핑된다.
• 파일 포인터는 에 정의된 FILE typedef를 가르키는 포인터이다.
• path 인자는 파일 경로를 의미하여, mode 인자는 주어진 파일을 어떻게 열지 기술한다.
  • r / r+
    • r(읽기) / r+(읽기, 쓰기) 목적으로 파일을 연다.
  • w / w+
    • w(쓰기) / w+(읽기, 쓰기) 목적으로 파일을 연다.
    • 파일이 이미 존재하면 길이를 0으로 잘라버린다.
    • 파일이 존재하지 않으면 새로 만든다.
  • a / a+
    • 덧붙이기 상태에서 a(쓰기) / a+(읽기, 쓰기) 목적으로 파일을 연다.
    • 파일이 존재하지 않으면 새로 만든다.
    • 스트림(위치)은 파일 끝 지점에 위치한다.
    • 쓰기는 파일 끝에서부터 진행된다.
  • 성공 시 유효한 FILE 포인터를 반환한다.
  • 실패 시 NULL을 반환하고 errno를 적절한 값으로 설정한다.

fclose

#include <stdio.h>

int fclose (FILE *stream);

• fclose()는 fopen 등을 통해 열린 파일 포인터(스트림)을 닫는다.
• 버퍼에 쌓여 있지만 아직 스트림에 쓰지 않은 데이터는 먼저 처리한 후 닫는다.
• 성공하면 0 반환, 실패 시 EOF 반환하고 errno 설정

fdopen

#include <stdio.h>

FILE * fdopen (int fd, const char *mode);

• fdopen() 함수는 이미 열린 파일 디스크립터를 통해 파일 포인터(스트림)를 생성한다.
• mode 인자는 fopen()과 동일하며, 원래 파일 디스크립터를 열 때 사용했던 모드와 호환성을 유지해야 한다.
  • w/w+ 모드일 경우 이미 파일이 존재하더라도 0으로 초기화 되지 않는다.
• 스트림은 파일 디스크립터가 가리키는 위치에서 시작한다.
• 스트림 닫을 경우(fclose) 파일 디스크립터도 닫힌다.(close)
• 성공 시 유효한 FILE 포인터를 반환, 실패 시 NULL을 반환하고 errno를 적절한 값으로 설정한다.

fgetc / fputc

#include <stdio.h>

int fgetc (FILE *stream);

• stream에서 다음 문자를 읽고 int 타입으로 변환해서 반환, 에러 발생 시 EOF 반환(errno)한다.

#include <stdio.h>

int fputc (int c, FILE *stream);

• int 타입으로 변환한 한 문자를 stream에 쓴다.
• 쓰기 성공하면 c를 반환하고, 에러 발생 시 EOF 반환(errno)한다.

fgetc / fputc 실습

• stdio_example2.c 의 파일 내용

  
  #include <stdio.h>

int main(int argc, char argv[]) { FILE fp; int c;

if (argc < 2) {
    printf("Usage: %s <file>\n", argv[0]);
    return -1; 
}

fp = fopen(argv[1], "r+"); 
if (!fp) {
    perror("fopen error: ");
    return -1; 
}

while ((c = fgetc(fp)) != EOF) {
    if (c == '!' || c == '@' || c == '#' || c == '$' ||
    c == '%' || c == '^' || c == '&' || c == '*' || 
    c == '-' || c == '_') {
        if (ungetc(c, fp) == EOF) { 
            perror("ungetc error: ");
            return -1; 
        }

    if (ungetc(c, fp) == EOF) { 
            perror("fputc error: ");
            return -1; 
        }
    }
}

if (fclose(fp) == EOF) {
    perror("fclose error: ");
    return -1;
}

return 0;

}

<br>

- 결과
<img width="700" alt="image" src="https://user-images.githubusercontent.com/86760744/180644402-90fdc465-ae70-4bfc-8c24-61bf4543bc93.png">

<br><br>

### fgets / fputs

``` c
#include <stdio.h>

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

• fgets()는 스트림에서 한 문자열을 읽는다.
• stream에서 size보다 한 문자가 적은 내용을 읽어서 str에 저장하고, 버퍼 마지막에 문자열의 끝을 나타내는 null 문자(\0)를 저장한다.
• EOF나 개행문자를 만나면 읽기를 중단한다.
• 성공하면 str를 반환하고 실패하면 NULL을 반환한다.

#include <stdio.h>

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

• fputs()는 스트림에 문자열을 기록한다.
• str이 가리키는 NULL로 끝나는 문자열 전부를 stream이 가리키는 스트림에 기록한다.
• 성공하면 쓴 크기를 반환하고, 실패하면 EOF를 반환한다.

fread / fwrite

#include <stdio.h>

size_t fread (void *buf, size_t size, size_t nr, FILE *stream);

• fread()는 stream에서 크기가 size 바이트인 요소를 nr개 읽어서 buf가 가리키는 버퍼에 저장한다.
• 즉, 원하는 총 읽는 바이트 수는 size * nr 바이트가 된다.
• 주의할 점은 읽은 바이트 수가 반환되는 것이 아니라 읽어 들인 요수의 수(nr)가 반환된다.
• nr 보다 적은 값을 반환하여 실패나 EOF를 알려준다.

#include <stdio.h>

size_t fwrite (void *buf, size_t size, size_t nr, FILE *stream);

• fwrite()는 buf가 가리키는 데이터에서 size 크기의 요소 nr 개를 stream에 쓴다.
• 즉, 쓰기 원하는 총 바이트 수는 size * nr 바이트가 된다.
• fread와 마찬가지로 쓴 요소의 수 nr가 반환된다.
• nr 보다 작은 반환값은 실패를 나타낸다.

fread / fwrite 실습

• stdio_example.c의 코드이다.

  
  #include <stdio.h>

define FILENAME "./data.file"

int main(void) { FILE readfile, writefile;

struct address_info { 
    unsigned int index;
    char name[32];
    char phone_number[16]; 
    char address[100];
};

struct address_info kim, who;

kim.index = 1;
sprintf(kim.name, "Kim"); 
sprintf(kim.phone_number, "010-1234-5678"); 
sprintf(kim.address, "Seoul");

writefile = fopen(FILENAME, "w"); 
if (!writefile) {
    perror("fopen error: ");
    return -1; 
}

if (!fwrite(&kim, sizeof(struct address_info), 1, writefile)) {
    perror("fwrite error: ");
    return -1; 
}

if (fclose(writefile)) { 
    perror("fclose error: ");
    return -1; 
}

readfile = fopen(FILENAME, "r"); 
if (!readfile) {
    perror("fopen error: ");
    return -1; 
}

if (!fread(&who, sizeof(struct address_info), 1, readfile)) { 
    perror("fread error: ");
    return -1; 
}

if (fclose(readfile)) { 
    perror("fclose error: ");
    return -1; 
}

printf("index: %d\n", who.index);
printf("name: %s\n", who.name);
printf("phone number: %s\n", who.phone_number); 
printf("address: %s\n", who.address);

return 0;

}

<br>

- 결과
<img width="500" alt="image" src="https://user-images.githubusercontent.com/86760744/180644649-5809966a-f3b5-477b-8bff-c519d4f5381a.png">