标准 IO 与系统 IO 函数整理（含参数、功能、区别）
本文档基于 Linux 标准 IO / 系统 IO 学习笔记，梳理所有涉及的函数，按标准 IO（文件操作 / 读写 / 定位 / 格式化）和系统 IO分类，明确每个函数的原型、参数、核心功能，并总结同类函数、标准 / 系统 IO 函数的核心区别。
一、标准 IO 函数（<stdio.h>）
标准 IO 是 C 标准库实现的文件操作接口，封装缓冲区，遵循 POSIX 标准，可跨平台使用，核心围绕FILE*文件流指针操作，Linux 下默认对普通文件全缓冲、标准输出行缓冲、标准错误无缓冲。
（一）文件基础操作（打开 / 关闭 / 刷新）
函数原型核心参数说明功能返回值关键备注
| FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode); |
pathname：文件路径 / 名；mode：打开模式（r/r+/w/w+/a/a+/rb/wb） |
以指定模式打开文件，关联文件流 |
成功：FILE*文件流指针；失败：NULL |
打开失败会设置errno，可通过perror打印；rb/wb为二进制模式，避免 Windows 换行符转换 |
| int fclose(FILE *stream); |
stream：已打开的文件流指针 |
关闭文件流，刷新缓冲区，释放堆内存（FILE 结构体） |
成功：0；失败：EOF(-1) |
不可重复关闭，重复关闭会导致段错误（堆内存重复释放）；关闭时自动刷新未写入的缓冲数据 |
| int fflush(FILE *stream); |
stream：文件流指针（NULL 表示刷新所有输出流） |
手动刷新缓冲区，将缓冲数据写入实际文件 |
成功：0；失败：EOF(-1) |
仅对输出流 / 更新流有效；标准输出行缓冲下，\\n/ 程序结束 /fflush 都会触发刷新 |
（二）字符级读写（单字符操作）
函数原型核心参数说明功能返回值关键备注
| int fgetc(FILE *stream); |
stream：待读取的文件流 |
从文件流读取一个字符，文件光标后移 1 字节 |
成功：字符 ASCII 码（unsigned char 转 int）；失败 / 到末尾：EOF(-1) |
可通过feof/ferror区分末尾和错误 |
| int getc(FILE *stream); |
同 fgetc |
功能与 fgetc 完全一致 |
同 fgetc |
实现为宏定义，可能多次计算stream，避免传入带副作用的表达式 |
| int getchar(void); |
无参数 |
从标准输入 stdin读取一个字符 |
同 fgetc |
等价于getc(stdin) |
| int fputc(int c, FILE *stream); |
c：待写入字符的 ASCII 码；stream：目标文件流 |
向文件流写入一个字符，光标后移 1 字节 |
成功：写入的字符 ASCII 码；失败：EOF(-1) |
追加模式（a/a+）下，始终写入文件末尾 |
| int putc(int c, FILE *stream); |
同 fputc |
功能与 fputc 完全一致 |
同 fputc |
实现为宏定义 |
| int putchar(int c); |
c：待写入字符的 ASCII 码 |
向标准输出 stdout写入一个字符 |
同 fputc |
等价于putc(c, stdout) |
（三）行级读写（按行操作）
函数原型核心参数说明功能返回值关键备注
| char *fgets(char *s, int n, FILE *stream); |
s：存储数据的缓冲区；n：缓冲区大小；stream：待读取文件流 |
从文件流读取一行数据，最多读n-1个字符（留 1 位存\\0），遇\\n/EOF/ 满缓冲区停止，保留\\n |
成功：缓冲区指针s；失败 / 到末尾且无数据：NULL |
可通过feof/ferror区分末尾和错误；解决了gets的缓冲区溢出问题 |
| int fputs(const char *s, FILE *stream); |
s：待写入的字符串；stream：目标文件流 |
向文件流写入字符串，不写入末尾的\\0 |
成功：非负整数；失败：EOF(-1) |
不会自动添加\\n，需手动在字符串中加入 |
| int puts(const char *s); |
s：待写入的字符串 |
向标准输出 stdout写入字符串，自动添加\\n |
成功：非负整数；失败：EOF(-1) |
等价于fputs(s, stdout) + putchar('\\n') |
（四）块级读写（按数据块操作，高效）
函数原型核心参数说明功能返回值关键备注
| size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream); |
ptr：存储数据的缓冲区；size：单个数据块的字节数；nmemb：要读取的块数；stream：待读取文件流 |
从文件流读取nmemb 个 size 字节的块，总读取字节数 = size×nmemb |
成功：实际读取的块数；失败 / 到末尾：小于 nmemb 或 0 |
二进制模式下使用更高效；返回值 < nmemb 时，需feof(stream)判断是否到末尾，ferror(stream)判断是否出错 |
| size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream); |
ptr：待写入数据的缓冲区；其余同 fread |
向文件流写入nmemb 个 size 字节的块，总写入字节数 = size×nmemb |
成功：实际写入的块数；失败：小于 nmemb 或 0 |
二进制模式下可拷贝任意文件（文本 / 图片 / 视频）；写入失败仅因 IO 错误，无 “到末尾” 情况 |
（五）文件定位（光标 / 偏移量操作）
函数原型核心参数说明功能返回值关键备注
| int fseek(FILE *stream, long offset, int whence); |
stream：文件流；offset：偏移量（可正可负）；whence：基准点（SEEK_SET / 开头、SEEK_CUR / 当前、SEEK_END / 末尾） |
设置文件流的光标偏移量 |
成功：0；失败：非 0 |
二进制文件：offset 可任意设置；文本文件：offset 只能为 0 或 ftell 返回值，且 whence 为 SEEK_SET |
| long int ftell(FILE *stream); |
stream：文件流 |
获取当前光标相对于文件开头的偏移量（字节数） |
成功：偏移量（长整型）；失败：-1L |
结合fseek(fp, 0, SEEK_END)可快速获取文件大小 |
| void rewind(FILE *stream); |
stream：文件流 |
将光标重置到文件开头，同时清除文件的错误 / 结束标志 |
无返回值 |
等价于fseek(stream, 0L, SEEK_SET) + clearerr(stream) |
（六）错误 / 结束判断
函数原型核心参数说明功能返回值关键备注
| int feof(FILE *stream); |
stream：文件流 |
判断文件流是否到达末尾（EOF） |
是：非 0 值；否：0 |
仅在读操作后判断才有意义，未读操作时默认返回 0 |
| int ferror(FILE *stream); |
stream：文件流 |
判断文件流是否发生读写错误 |
是：非 0 值；否：0 |
错误标志需通过clearerr清除 |
| void clearerr(FILE *stream); |
stream：文件流 |
清除文件流的结束标志（feof）和错误标志（ferror） |
无返回值 |
重置后可重新判断文件状态 |
（七）格式化读写（按指定格式输入输出）
函数原型核心参数说明功能返回值关键备注
| int fprintf(FILE *stream, const char *format, …); |
stream：目标文件流；format：格式化字符串；…：可变参数 |
向指定文件流写入格式化数据 |
成功：写入的字符数；失败：EOF(-1) |
标准输出版为printf，等价于fprintf(stdout, format, …) |
| int fscanf(FILE *stream, const char *format, …); |
stream：待读取文件流；其余同 fprintf |
从指定文件流读取格式化数据到变量 |
成功：成功匹配的参数个数；失败 / 到末尾：EOF(-1) |
标准输入版为scanf，等价于fscanf(stdin, format, …)；会自动跳过空白符（空格 / 换行 / Tab） |
| int sprintf(char *s, const char *format, …); |
s：存储格式化数据的缓冲区；其余同 fprintf |
向内存缓冲区写入格式化数据，自动添加\\0 |
成功：写入的字符数（不含\\0）；失败：负数 |
存在缓冲区溢出风险，推荐使用snprintf |
| int snprintf(char *s, size_t n, const char *format, …); |
n：缓冲区最大字节数；其余同 sprintf |
向缓冲区写入格式化数据，最多写 n-1 个字符，自动加\\0 |
成功：预期写入的字符数；失败：负数 |
安全版 sprintf，避免缓冲区溢出；若返回值 >=n，说明数据被截断 |
二、系统 IO 函数（Linux 内核提供，无缓冲区）
系统 IO 是 Linux 内核直接提供的文件操作接口，无封装缓冲区，基于 ** 文件描述符（fd，非负整数）** 操作，仅适用于 Linux/Unix 系统，可操作所有类型文件（普通文件 / 设备 / 套接字 / 链接），实时性高，适合硬件设备交互。
（一）文件基础操作（打开 / 关闭）
| 函数原型 |
核心参数说明 |
功能 |
返回值 |
关键备注 |
| int open(const char *pathname, int flags); int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); |
pathname：文件路径 / 名；flags：打开标志（O_RDONLY/O_WRONLY/O_RDWR/O_CREAT/O_TRUNC/O_APPEND）；mode：文件权限（八进制，如 0644，仅 O_CREAT 时有效） |
打开 / 创建文件，分配文件描述符 |
成功：未使用的最小非负整数（fd）；失败：-1 |
|
| int close(int fd); |
fd：文件描述符 |
关闭文件描述符，释放内核文件资源 |
文件资源成功：0；失败：-1 |
|
（二）块级读写（仅支持数据块操作）
函数原型核心参数说明功能返回值关键备注
| ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); |
fd：文件描述符；buf：存储数据的缓冲区；count：期望读取的最大字节数 |
从 fd 指向的文件读取最多 count 字节到缓冲区 |
成功：实际读取的字节数；失败：-1；到末尾：0 |
无缓冲区，每次调用都是系统调用；读取普通文件时，返回值 < count 即到末尾 |
| ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); |
fd：文件描述符；buf：待写入数据的缓冲区；count：期望写入的字节数 |
向 fd 指向的文件写入最多 count 字节从缓冲区 |
成功：实际写入的字节数；失败：-1 |
追加模式（O_APPEND）下，写入前自动将偏移量移到文件末尾；写入磁盘时可能因磁盘满导致返回值 < count |
（三）文件定位（偏移量操作）
函数原型核心参数说明功能返回值关键备注
| off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence); |
fd：文件描述符；offset：偏移量（可正可负）；whence：基准点（SEEK_SET/SEEK_CUR/SEEK_END，同 fseek） |
设置文件描述符的偏移量 |
成功：新偏移量（相对于文件开头的字节数）；失败：(off_t)-1 |
可通过lseek(fd, 0, SEEK_END)快速获取文件大小；支持将偏移量设为文件末尾之后（形成 “文件空洞”） |
（四）时间函数（辅助作业，<time.h>）
函数原型核心参数说明功能返回值关键备注
| time_t time(time_t *tloc); |
tloc：存储时间的指针（一般传 NULL） |
获取从1970-01-01 00:00:00 UTC到当前的秒数（时间戳） |
成功：时间戳（time_t 为长整型）；失败：(time_t)-1 |
需结合localtime/strftime转换为本地时间和指定格式 |
三、核心区别总结
（一）同类标准 IO 函数的区别
- fgetc/getc/getchar：功能一致，fgetc 是函数，getc 是宏，getchar 是针对 stdin 的封装；
- fputc/putc/putchar：功能一致，fputc 是函数，putc 是宏，putchar 是针对 stdout 的封装；
- fgets/gets：fgets 安全（指定缓冲区大小），保留\\n；gets 存在缓冲区溢出，已被废弃；
- fputs/puts：fputs 不自动加\\n，可指定文件流；puts 自动加\\n，仅输出到 stdout；
- sprintf/snprintf：snprintf 是安全版，指定缓冲区大小，避免溢出；sprintf 无大小限制，易溢出；
- printf/fprintf：printf 是 fprintf 针对 stdout 的封装，fprintf 可指定任意文件流。
（二）标准 IO 与系统 IO 的核心区别
对比维度标准 IO（C 库）系统 IO（Linux 内核）
| 操作句柄 |
FILE*文件流指针（结构体，封装 fd 和缓冲区） |
文件描述符fd（非负整数，内核 fd_array 数组下标） |
| 缓冲区 |
封装用户态缓冲区（全缓冲 / 行缓冲 / 无缓冲），减少系统调用 |
无用户态缓冲区，每次操作都是直接系统调用 |
| 跨平台性 |
遵循 POSIX/ANSI C 标准，可在 Linux/Windows 等跨平台使用 |
仅适用于 Linux/Unix 类系统，与内核强绑定 |
| 支持文件类型 |
仅适用于普通文件 / 标准输入输出 |
支持所有 Linux 文件类型（普通 / 设备 / 套接字 / 链接 / 管道） |
| 效率 |
普通文件操作效率高（缓冲区减少系统调用） |
普通文件操作效率低（频繁系统调用），但硬件设备实时性高 |
| 内存管理 |
fopen 申请堆内存（FILE 结构体），fclose 释放，重复关闭段错误 |
open/close 无堆内存操作，仅操作内核资源，重复关闭无错误 |
| 函数丰富度 |
函数丰富（字符 / 行 / 块 / 格式化读写，定位 / 刷新 / 错误判断） |
函数简洁（仅块读写 / 定位 / 打开关闭），无格式化 / 字符 / 行操作 |
| 头文件 |
核心 <**stdio.h**>，时间函数 <time.h> |
核心 <**unistd.h**>、<sys/types.h>、<fcntl.h> |
（三）fread/fwrite 与 read/write 的关键区别
- 返回值：fread/fwrite 返回实际操作的块数，read/write 返回实际操作的字节数；
- 错误判断：fread/fwrite 返回值 < 指定值时，需feof/ferror区分末尾 / 错误；read/write 返回 – 1 为错误，0 为末尾；
- 缓冲区：fread/fwrite 基于用户态缓冲区，底层调用 read/write；read/write 无缓冲区，直接操作内核；
- 跨平台：fread/fwrite 可跨平台，read/write 仅 Linux/Unix 可用。
（四）fseek/ftell 与 lseek 的关键区别
- 操作句柄：fseek/ftell 操作FILE*，lseek 操作fd；
- 参数 / 返回值类型：fseek 的 offset 是long，ftell 返回long int；lseek 的 offset 是off_t，返回off_t（64 位系统支持更大偏移）；
- 文本文件限制：fseek 对文本文件偏移量有限制（仅 0/ftell 返回值）；lseek 对文本 / 二进制文件无限制；
- 文件空洞：lseek 支持将偏移量设为文件末尾之后，形成 “文件空洞”；fseek 不推荐此操作。
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