2.1절. 표준입력, 표준출력, 표준에러

우리가 어떤 프로그램을 만들어서 이것을 실행시키면, 이 프로그램은 자동적으로 3개의 기본 스트림을 만든다(open). 이것들은 표준입력(stdin), 표준출력(stdout), 표준에러(stderr)이며, 표준입력은 키보의 입력을 받아들이거나, 다른 프로그램으로 부터의 표준출력을 받아들이기 위해서 열리며, 표준출력은 모니터와 같은 장치에 출력시키기 위해서 사용된다. 물론 표준출력은 모니터 뿐만 아니라 디스크(파일), 프린터 등 모든 장치로 출력시킬수 있다. 표준에러는 프로그램에서 발생시키는 여러 에러들을 출력시키기 위해서 사용한다.

이러한 스트림 기반의 표준입/출력 함수들은 내부적으로 버퍼 이(버퍼는 스크림관련 구조체멤버로 정의되어 있다)를 관리한다. 그런 이유로 만약 fclose(), ffluse() 와 같은 함수를 사용하지 않을경우 버퍼의 내용을 읽어버릴수도 있음을 주의해야 한다.

다음 예제는 파일을 어떻게 열고 읽혀지는지, 그리고 각각의 표준입력, 출력, 에러가 어떻게 처리되는지 알아보기 위한 간단한 셈플 코드이다. 모든 입/출력은 fputs 와 fgets 만을 이용해서 처리했다.

예제: std_test.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(int argc, char** argv)
{
    char buf[255];
    FILE* fp;
    if (argc == 2)
    {
        fp = fopen(argv[1], "r");
        if (fp == NULL)
        {
            fputs("file open error", stderr);    
            exit(0);
        }
    }
    else
    {
        fp = stdin;
    }

    while(fgets(buf, 255, fp) != NULL)
    {
        fputs(buf, stdout);
    }
}
		

이 프로그램은 다음과 같은 다양한 방법으로 테스트 될수 있다. 프로그램의 이름은 ./std_test 라고 정했다.

0: [root@localhost test]# ls
    helloworld.c
1: [root@localhost test]# ./std_test helloworld.c  
2: [root@localhost test]# ./std_test < helloworld.c
3: [root@localhost test]# ./std_test
   1234
   1234
   hello
   hello
   ^D
4: [root@localhost test]# ./std_test helloworld.c > dump
5: [root@localhost test]# ./std_test hellowworld.c 2> error.dump 
		

대부분의 쉘은 redirect(재지향) 기능을 제공하는데, ">" 를 사용해서 재지향을 시킨다. 보통은 표준출력을 재지향 시키지만 "2>" 같은 방법을 이용해서 표준에러를 재지향 시킬수도 있다. 그러므로 프로그램은 표준 에러 메시지를 error.dump 파일로 보낸다. "2>"를 사용하지 않고 ">" 를 사용할경우 표준입력만 전달되므로 error.dump 에는 아무내용도 보내지지 않게 된다. 재지향에 대한 자세한 내용은 쉘 문서를 참고하기 바란다.

2.2절. Streams 열기

우리는 스트림을 사용하기 전에 이 스트림을 특정 디바이스 혹은 파일에 연결 시켜줘야만 한다. 이러한 스트림을 열때는 "읽기", "쓰기", "읽기/쓰기" 모드로 열수 있으며, 열기에 실패하면 NULL 을 되돌려준다. 만약에 파일을 성공적으로 열었다면, 파일의 객체를 가르키는 FILE 타입의 포인터를 되돌려주고, 우리는 이 파일 객체 포인터를 이용해서 입출력 조작을 하게 된다. Stream 을 열기 위한 함수는 다음과 같은것들이 있다.

FILE* fopen(char *path, char *mode);
FILE* fdopen(int fildes, char *mode);
FILE* freopen(char *path, char *mode, FILE *stream);
			

fopen 은 파일 스트림을 열기 위해서 사용된다. path 열고자 하는 파일의 디렉토리이며, mode 는 파일을 여는방식 (읽기전용, 쓰기전용, 읽기/쓰기전용)을 지정하기 위해서 사용한다.

fdopen 은 open(2)함수 등으로 생성한 int guddml 열린 파일 기술자(file descriptor)를 스트림객체로 연결시키기 위해서 사용한다. fildes 가 연결시키고자 하는 파일 기술자이며, mode 는 파일 여는 방식을 지정한다.

freopen 은 f+re+open 의 합성어이다. 즉 다시연다는 뜻으로, path 에 지정된 파일로 stream 을 연결시키기 위해서 사용하며, 기존의 stream 은 닫히게 된다. 이것은 주로 표준 스트림객체(stdin, stdout, stderr)을 파일로 연결하기 위해서 사용 된다.

위의 함수들은 성공적으로 수행될경우 FILE 객체를 가르키는 포인터를 넘겨준다. FILE 는 struct _IO_FILE 가 typedef 된 이름이다. _IO_FILE 구조체는 /usr/include/libio.h 에 선언되어 있는데 대략 다음과 같은 정보들을 가지고 있다. 좀 양이 많으니 모두다 적지는 않겠다. 직접 확인해보기 바란다.

struct _IO_FILE {
    int _flags;       /* High-order word is _IO_MAGIC; rest is flags. */
#define _IO_file_flags _flags

    /* The following pointers correspond to the C++ streambuf protocol. */
    /* Note:  Tk uses the _IO_read_ptr and _IO_read_end fields directly. */
    char* _IO_read_ptr;   /* Current read pointer */
    char* _IO_read_end;   /* End of get area. */
    char* _IO_read_base;  /* Start of putback+get area. */
    ...	
    int _fileno;
    ...
}
			

2.3절. Streams 열기 모드

우리는 위의 함수들을 사용하여서 Stream 을 열때 모드를 지정해줄수 있는데, 다음과 같은 모드가 존재한다.

2.4절. stream 닫기

fopen 등을 이용해서 스트림을 열었다면, 프로그램을 종료하기 전에 반드시 stream 을 닫아주어야 한다. open 등을 이용해서 열었을경우 이는 선택사항인데 반해 fopen 의 경우에는 스트림의 흐름을 버퍼에 담아놓고 관리하기 때문에, stream 을 닫기 전에 반드시 버퍼가 비어있는지 반드시 확인해 주어야 하기 때문이다. 그리고 하나의 프로세스가 한번에 열수 있는 streasm 의 갯수제한이 있으며 open 으로 파일을 열었을때보다 상당히 많은 시스템자원을 소비한다. 그러므로 더이상 쓰지 않는 stream은 그때그때 닫아주는게 좋다. stream 을 닫기 위해서는 아래와 같은 함수를 사용한다.

int fclose(FILE *stream)
		

2.5절. stream 위치변경

우리가 어떤 스트림을 열었다면 스트림을 열었던 mode 에 따라서 위치가 처음 혹은 마지막으로 기본 위치가 지정된다. 그리고 읽기나 쓰기를 함에 따라서 그 위치가 증가하면서 순차적으로 변하게 된다. 그런데 만약 Database 와 같은 응용 프로그램에서 스트림을 열었다면, 스트림의 위치를 임의대로 이동할수 있어야 할것이다.

이러한 스트림의 위치이동은 터미널(표준입력, 표준출력) 에서는 필요 없는 기능이지만(이러한 것들은 순차적인 흐름이므로) 블럭디바이스(하드디스크 같은) 임의 접근이 가능한 장치에 대해서는 스트림의 위치를 임의 이동 가능해야한다.

이러한 스트림에서의 위치 변경을 위해서 다음과 같은 함수를 제공한다. (간단히 생각에서 파일에서 원하는 위치로 이동하기 위해서)

int  fseek(FILE* stream, long offset, int whence);
long ftell(FILE* stream);
void rewind(FILE* stream);
int  fgetpos(FILE* stream, fpos_t* pos);
int  fsetpos(FILE* stream, fpos_t* pos);
			

ftell은 헌재 스트림의 위치를 돌려준다.

rewind 를 사용하면 스트림의 처음위치로 이동시켜준다. fseek(stream, 0, SEEK_SET) 와 동일하다.

fgetpos 와 fsetpos 는 ftell 과 fseek 과 동일한 작업을 할수 있다. 이러한 작업은 fpos_t* pos 를 이용하게 되는데, 사용방법이 꽤 복잡한 이유로 그리 자주 사용하지는 않는다. 대부분의 경우 fseek 와 ftell 로 끝낼수 있기 때문이다. 아래는 간단한 예이다.

예제: fseek.c

#include <stdio.h>

int main()
{
    FILE* fp;    
    char buf[256];

    // 파일을 "a+" 모드로 열었음으로 스트림의 위치는
    // 파일의 맨 마지막으로 위치한다. 
    fp = fopen("test.txt", "a+");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen error : ");
        exit(0);
    }

    // 현재 스트림의 위치를 출력한다.
    printf("%d\n\n", ftell(fp));

    // 파일의 처음에서 3번째 위치로 이동한다. 
    fseek(fp, 3, SEEK_SET);   
    fgets(buf, 256, fp);
    printf("%s", buf);

    // 파일을 처음에서 0번째 측 처음으로 되돌린다. 
    // 이것은 rewind() 를 사용한것과 같다. 
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);   
    fgets(buf, 256, fp);
    printf("%s", buf);

    fclose(fp);
}
			

물론 테스트 하기전에 "test.txt" 파일을 만들어야 한다.. 다음과 같은 내용을 가진 test.txt 파일을 만들자.

12345678901234567890
				

[root@localhost test]# ./fseek
21

45678901234567890
12345678901234567890
[root@localhost test]#
				

2.6절. stream 의 버퍼 모드및 크기 조정

보통 스트림은 곧바로 장치로(모니터 혹은 파일) 보내지지 않고 내부 버퍼에 일시 저장되었다가 특정 조건을 만족하면 장치로 보내진다. 이러한 버퍼링에는 3가지 종류가 있는데 비 버퍼링(버퍼하지 않음), 블럭 버퍼링, 라인 버퍼링이 있다. 예를들어 비 버퍼링 모드일때는 쓰자마자 곧바로 장치에 전달된다(모니터 혹은 파일). 블럭 버퍼링일 경우에는 바로 장치로 가지 않고 설정된 block 의 크기가 가득 찼을경우 전달되게 된다. 라인 버퍼링 모드 일경우 에는 개행문자(\n)을 만났을때 장치로 전달된다. 라인 버퍼링 모드는 일반적인 표준 입/출력(터미널에서 쓰거나 읽을때) 모드이다.

stream 의 버퍼를 관리 하기 위해서 유닉스는 다음과 같은 함수들을 제공한다.

void setbuf(FILE *stream, char *buf);
void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size_t size);
void setlinebuf(FILE *stream);
int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);
			

setvbuf 는 mode 를이용해서 버퍼링모드를 지정할수 있으며 size 로 버퍼의 크기를 지정할수 있다. 모드는 다음의 3갸지가 있다.

• _IONBF 비 버퍼링 모드

• _IOLBF 라인 버퍼링 모드

• _IOFBF 블럭 버퍼링 모드