fread/fwrite 将大小和计数作为参数的基本原理是什么？

Question

我们在工作中讨论了为什么 fread() 和 fwrite() 获取每个成员的大小并计算并返回读/写的成员数量，而不是仅仅获取缓冲区和大小。我们可以想到的唯一用途是，如果您想读/写一个结构数组，这些结构不能被平台对齐整除，因此已被填充，但这不可能如此常见以保证这种选择在设计中。

来自 fread(3)：

函数 fread() 读取 nmemb 数据元素，每个大小字节长， 从流指向的流中，将它们存储在给定的位置 通过 ptr。

函数fwrite()写入nmemb元素的数据，每个大小字节 long，到stream指向的流，从该位置获取它们 由 ptr 给出。

fread() 和 fwrite() 返回成功读取或写入的项目数 （即不是字符数）。如果发生错误，或者 到达文件结尾时，返回值是短项目计数（或零）。

Answer 1

fread(buf, 1000, 1, stream) 和 fread(buf, 1, 1000, stream) 的区别在于，在第一种情况下你只得到一个块1000 字节或什么都没有，如果文件较小，在第二种情况下，您将获得文件中小于和最多 1000 字节的所有内容。

Answer 2

它基于 fread 的实现方式。

Single UNIX 规范说

对于每个对象，大小调用应为
对 fgetc() 函数和
结果按读取顺序存储在
完全由无符号字符组成的数组
覆盖对象。

fgetc 也有此注释：

由于 fgetc() 对字节进行操作，
读取由以下内容组成的字符
多个字节（或“多字节
字符”）可能需要多次调用
到 fgetc()。

当然，这早于 UTF-8 等花哨的可变字节字符编码。

SUS 指出这实际上取自 ISO C 文档。

Answer 3

这纯粹是猜测，但是在过去（有些仍然存在），许多文件系统并不是硬盘驱动器上的简单字节流。

许多文件系统是基于记录的，因此为了以有效的方式满足此类文件系统，您必须指定项目（“记录”）的数量，允许 fwrite/fread 作为记录而不只是字节流在存储上进行操作。

Answer 4

在这里，让我修复这些函数：

size_t fread_buf( void* ptr, size_t size, FILE* stream)
{
    return fread( ptr, 1, size, stream);
}


size_t fwrite_buf( void const* ptr, size_t size, FILE* stream)
{
    return fwrite( ptr, 1, size, stream);
}

至于 fread()/fwrite() 参数的基本原理，我很久以前就丢失了 K&R 的副本所以我只能猜测。我认为一个可能的答案是 Kernighan 和 Ritchie 可能只是认为在对象数组上执行二进制 I/O 最自然。此外，他们可能认为块 I/O 在某些架构上会更快/更容易实现。

尽管 C 标准指定使用 fgetc() 和 fputc() 来实现 fread() 和 fwrite()，请记住，该标准是在 K&R 定义 C 很久之后才存在的，并且标准中指定的内容可能并不在最初设计者的想法中。甚至有可能 K&R 的《C 编程语言》中所说的内容可能与该语言最初设计时不同。

最后，这是 PJ Plauger 在《标准 C 库》中对 fread() 的评价：

如果size（第二个）参数大于一，您无法确定
该函数是否还读取超出其报告内容的 size - 1 个附加字符。
通常，您最好将该函数调用为 fread(buf, 1, size * n, stream); 而不是
fread(buf, 大小, n, 流);

基本上，他是说 fread() 的接口被破坏了。对于fwrite()，他指出，“写入错误通常很少见，因此这不是一个主要缺点”——我不同意这种说法。

Answer 5

很可能它可以追溯到文件 I/O 的实现方式。 （过去）以块的形式写入/读取文件可能比一次写入所有内容更快。

Answer 6

对于可以避免读取任何部分记录的实现来说，具有单独的大小和计数参数可能是有利的。如果要从管道之类的东西中使用单字节读取，即使使用固定格式的数据，也必须考虑到记录被分割为两次读取的可能性。如果可以改为请求，例如，当有 293 字节可用时，对最多 40 条记录（每条记录 10 字节）进行非阻塞读取，并让系统返回 290 字节（29 个完整记录），同时为下一次读取留出 3 字节，这将方便多了。

我不知道 fread 的实现可以在多大程度上处理此类语义，但它们在承诺支持它们的实现上肯定会很方便。

Answer 7

我认为这是因为C缺乏函数重载。如果有的话，尺寸就会显得多余。但在 C 中你无法确定数组元素的大小，你必须指定一个。

考虑一下：

int intArray[10];
fwrite(intArray, sizeof(int), 10, fd);

如果 fwrite 接受字节数，您可以编写以下内容：

int intArray[10];
fwrite(intArray, sizeof(int)*10, fd);

但效率很低。您将有 sizeof(int) 倍的系统调用。

应该考虑的另一点是，您通常不希望将数组元素的一部分写入文件。你想要整个整数或者什么都不想要。 fwrite 返回成功写入的元素数量。那么如果你发现某个元素只写入了 2 个低字节，你会怎么做？

在某些系统上（由于对齐），如果不创建副本和移位，则无法访问整数的一个字节。