C基础大文件读取通过标准库

引言 - 问题的构建

　　C大部分读取文件的时候采用fgetc, 最近在使用过程中发现性能不是很理想.都懂得fgetc每次只能读取一个字符, IO操作太频繁.

所以性能低. 本文希望通过标准库函数fread 函数构建读取缓冲区来优化这个瓶颈.

在正式开始实验总结之前, 传一个VS C/C++ 开发的技巧给大家, 天外飞仙~ .

　　M$忽略C++太久了,对于C直接放弃, 在其Visual Studio IDE中. 但是吧在Window 还是它的IDE写C 系列语言最爽.

现在很流行一个低端套路是, Window VS 开发, Linux上部署. 而我们的问题就是关于这个, 这种不同平台的开发和部署,

存在一个坑就是编码问题. 而这里就是希望完美的解决这个编码问题.

　　解决基准是选用UTF-8 带签名的编码, VS , GCC都能编译通过. 那就一言不合上图了, 首先定位VC模板文件

将上面模板文件备份一份, 复制一份, 用VS打开复制的那份

高级选项另存为上面编码格式. 最终保存替换原先的模板文件. 从此以后, 编码问题 perfect! 继续扯一点, 随着写代码时间增长, VS的依赖已经不重要的.

可惜喜欢打游戏, 还是被window 游戏机绑定了. 真的是离开I可以, 请付出代价~ /(ㄒoㄒ)/~~

前言 - 实验验证

　　这里验证的是fgetc 和 fread读取性能的对比. 在说之前, 先介绍个测试宏

// 简单的time帮助宏
#ifndef TIME_PRINT
#define _STR_TIME_PRINT "The current code block running time:%lf seconds
"
#define TIME_PRINT(code) 
    do {
        clock_t __st, __et;
        __st = clock();
        code
        __et = clock();
        printf(_STR_TIME_PRINT, (0.0 + __et - __st) / CLOCKS_PER_SEC);
    } while(0)
#endif // !TIME_PRINT

非常还用, 将代码块插入到 code中, 就可以使用了. 那继续了, 第一个测试的主体内容是, 实验一 fread对比fgetc

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>

#define _STR_DATA    "data.txt"
#define _INT_DATA    (1024*1024*32)

// 测试 fgetc 性能
void test_fgetc(void);

// 测试 fread 性能
void test_fread(void);

//
// 测试C大文件处理方式
//
int main(int argc, char * argv[]) {

    // 先构建测试环境
    FILE * txt = fopen(_STR_DATA, "r");
    if (NULL == txt) {
        txt = fopen(_STR_DATA, "w");
        if (NULL == txt) {
            fprintf(stderr, "main fopen w " _STR_DATA " error!
");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        // 开始写入数据
        for (int i = 0; i < _INT_DATA; ++i)
            fprintf(txt, "%d", i);
    }
    fclose(txt);

    // 开始测试数据, 分批测试
    TIME_PRINT({
        test_fgetc();
    });

    TIME_PRINT({
        test_fread();
    });

    return 0;
}

其中两个测试函数如下.

//
// 测试 fgetc 性能
//
void 
test_fgetc(void) {
    FILE * txt = fopen(_STR_DATA, "r");
    if (NULL == txt) {
        fprintf(stderr, "test_fgetc fopen w " _STR_DATA " error!
");
        return;
    }

    size_t cnt = 0;
    int c;

    while ((c = fgetc(txt)) != EOF)
        ++cnt;

    fclose(txt);

    printf("test_fgetc cnt = %d
", cnt);
}

// 
// 测试 fread 性能
//
void test_fread(void) {
    FILE * txt = fopen(_STR_DATA, "r");
    if (NULL == txt) {
        fprintf(stderr, "test_fread fopen w " _STR_DATA " error!
");
        return;
    }

    size_t cnt = 0;
    char buf[BUFSIZ];

    for (;;) {
        int rn = fread(buf, sizeof(char), BUFSIZ, txt);
        // 存在信号中断情况, 不考虑
        cnt += rn;
        if (rn < BUFSIZ)
            break;
    }

    fclose(txt);

    printf("test_fread cnt = %d
", cnt);
}

测试主要思路是.

　　a. 构建差不多是200-300Mb的数据文件

　　b. 通过fgetc 完毕, 输出时间

　　c. 通过fread 完毕, 输出时间

测试结果如下

我们发现, fread构建缓冲区有质的飞跃.

附录测试完整内容 file_test.c

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>

#define _STR_DATA    "data.txt"
#define _INT_DATA    (1024*1024*32)

// 简单的time帮助宏
#ifndef TIME_PRINT
#define _STR_TIME_PRINT "The current code block running time:%lf seconds
"
#define TIME_PRINT(code) 
    do {
        clock_t __st, __et;
        __st = clock();
        code
        __et = clock();
        printf(_STR_TIME_PRINT, (0.0 + __et - __st) / CLOCKS_PER_SEC);
    } while(0)
#endif // !TIME_PRINT

// 测试 fgetc 性能
void test_fgetc(void);

// 测试 fread 性能
void test_fread(void);

//
// 测试C大文件处理方式
//
int main(int argc, char * argv[]) {

    // 先构建测试环境
    FILE * txt = fopen(_STR_DATA, "r");
    if (NULL == txt) {
        txt = fopen(_STR_DATA, "w");
        if (NULL == txt) {
            fprintf(stderr, "main fopen w " _STR_DATA " error!
");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        // 开始写入数据
        for (int i = 0; i < _INT_DATA; ++i)
            fprintf(txt, "%d", i);
    }
    fclose(txt);

    // 开始测试数据, 分批测试
    TIME_PRINT({
        test_fgetc();
    });

    TIME_PRINT({
        test_fread();
    });

    return 0;
}

//
// 测试 fgetc 性能
//
void 
test_fgetc(void) {
    FILE * txt = fopen(_STR_DATA, "r");
    if (NULL == txt) {
        fprintf(stderr, "test_fgetc fopen w " _STR_DATA " error!
");
        return;
    }

    size_t cnt = 0;
    int c;

    while ((c = fgetc(txt)) != EOF)
        ++cnt;

    fclose(txt);

    printf("test_fgetc cnt = %d
", cnt);
}

// 
// 测试 fread 性能
//
void test_fread(void) {
    FILE * txt = fopen(_STR_DATA, "r");
    if (NULL == txt) {
        fprintf(stderr, "test_fread fopen w " _STR_DATA " error!
");
        return;
    }

    size_t cnt = 0;
    char buf[BUFSIZ];

    for (;;) {
        int rn = fread(buf, sizeof(char), BUFSIZ, txt);
        // 存在信号中断情况, 不考虑
        cnt += rn;
        if (rn < BUFSIZ)
            break;
    }

    fclose(txt);

    printf("test_fread cnt = %d
", cnt);
}

View Code

实验二 fread最优解

　　这里测试的主要思路是基于fread设置不同的缓冲区, 开始测试性能对比情况. 首先test_file_define.c

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>

#define _STR_DATA    "data.txt"
#define _INT_DATA    (1024*1024*128)
#define _INT_SZS    (64)
#define _INT_SZE    (4096)

// 测试 fread 性能
void test_fread(int sz);

//
// 测试C大文件处理方式
//
int main(int argc, char * argv[]) {

    // 先构建测试环境
    FILE * txt = fopen(_STR_DATA, "r");
    if (NULL == txt) {
        txt = fopen(_STR_DATA, "w");
        if (NULL == txt) {
            fprintf(stderr, "main fopen w " _STR_DATA " error!
");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        // 开始写入数据
        for (int i = 0; i < _INT_DATA; ++i)
            fprintf(txt, "%d", i);
    }
    fclose(txt);

    // 开始测试数据, 分批测试
    for (int sz = _INT_SZS; sz <= _INT_SZE; sz <<= 1) {
        clock_t st, et;
        st = clock();
        test_fread(sz);
        et = clock();
        printf("sz = %6d => time:%lf seconds
", sz, (0.0 + et - st) / CLOCKS_PER_SEC);
    }

    return 0;
}

// 
// 测试 fread 性能
//
void test_fread(int sz) {
    FILE * txt = fopen(_STR_DATA, "r");
    if (NULL == txt) {
        fprintf(stderr, "test_fread fopen w " _STR_DATA " error!
");
        return;
    }

    size_t cnt = 0;
    char buf[_INT_SZE];

    for (;;) {
        int rn = fread(buf, sizeof(char), sz, txt);
        // 存在信号中断情况, 不考虑
        cnt += rn;
        if (rn < sz)
            break;
    }

    fclose(txt);

    printf("test_fread cnt = %d
", cnt);
}

最终测试结果如下

直接说我得到的结论是

　　1). fread读取的时候, buf 和文件大小, 机器等共同影响了最优解

　　2). 在设置缓冲大小为BUFSIZ左右, 性能都是可以接受的.

通过上面两个实验, 最终得到的一个结论. 处理大文件IO读取时候, 设计缓冲区可以采用下面套路将会获得更好的性能.

char buf[BUFSIZ];
size_t rn;

do {
       rn = fread(buf, sizeof(char), BUFSIZ, txt);
       if (rn < 0) {
             // 初始失败的情况
             ....    
       }
       
       // 处理合法情况
      ....       

} while(rn == BUFSIZ);

正文 - 构建一个成果

　　到这里, 通过上面结论, 开始构建一个成果, 例如读取全部文件内容. 当然限定文件大小在100mb以内吧, 太大需要采用分量读取算法了.

会使用到的辅助操作宏

// 
// 控制台输出完整的消息提示信息, 其中fmt必须是 "" 包裹的字符串
// CERR            -> 简单的消息打印
// CERR_EXIT    -> 输出错误信息, 并推出当前进程
// CERR_IF        -> if语句检查, 如果符合标准错误直接退出
// 
#ifndef _H_CERR
#define _H_CERR

#define CERR(fmt, ...) 
    fprintf(stderr, "[%s:%s:%d][errno %d:%s]" fmt "
",
        __FILE__, __func__, __LINE__, errno, strerror(errno), ##__VA_ARGS__)

#define CERR_EXIT(fmt,...) 
    CERR(fmt, ##__VA_ARGS__), exit(EXIT_FAILURE)

#define CERR_IF(code) 
    if((code) < 0) 
        CERR_EXIT(#code)

#endif

首先声明读取文件的接口部分.

#ifndef _STRUCT_TSTR
#define _STRUCT_TSTR

struct tstr {
    char * str;            // 字符串实际保存的内容
    size_t len;            // 当前字符串长度
    size_t cap;            // 字符池大小
};

// 定义的字符串类型
typedef struct tstr * tstr_t;

#endif  // !_STRUCT_TSTR

//
// 简单的文件读取类,会读取完毕这个文件内容返回,失败返回NULL.
// path        : 文件路径
// return    : 创建好的字符串内容, 返回NULL表示读取失败
//
extern tstr_t tstr_freadend(const char * path);

这么设计方面, 后续操作, 读取内容长度, 继续添加内容方便些. 详细的实现如下

//
// 简单的文件读取类,会读取完毕这个文件内容返回,失败返回NULL.
// path        : 文件路径
// return    : 创建好的字符串内容, 返回NULL表示读取失败
//
tstr_t
tstr_freadend(const char * path) {
    tstr_t tstr;
    char buf[BUFSIZ];
    size_t rn;
    char * ctmp;
    FILE * txt = fopen(path, "r");
    if (NULL == txt) {
        CERR("tstr_freadend fopen r %s is error!", path);
        return NULL;
    }

    // 分配内存
    tstr = malloc(sizeof(struct tstr));
    if (NULL == tstr) {
        fclose(txt);
        CERR("tstr_freadend malloc is error! path = %s.", path);
        return NULL;
    }
    tstr->len = 0;
    tstr->cap = _INT_TSTRING;
    tstr->str = NULL;

    // 读取文件内容
    do {
        rn = fread(buf, sizeof(char), BUFSIZ, txt);
        if (rn < 0) {
            CERR("tstr_freadend fread is error! path = %s. rn = %d.", path, rn);
            fclose(txt);
            free(tstr->str);
            free(tstr);
            return NULL;
        }

        // 构建数据
        if (tstr->cap < tstr->len + rn) {
            do
                tstr->cap <<= 1;
            while (tstr->cap < tstr->len + rn);
            ctmp = realloc(tstr->str, tstr->cap);
            if (NULL == ctmp) {
                CERR("tstr_freadend realloc is error! path = %s!", path);
                fclose(txt);
                free(tstr->str);
                free(tstr);
                return NULL;
            }
            tstr->str = ctmp;
        }

        // 开始拷贝数据
        memcpy(tstr->str + tstr->len, buf, rn);
        tstr->len += rn;
    } while (rn == BUFSIZ);

    fclose(txt);

    // 继续构建数据, 最后一行补充一个
    if (tstr->cap < tstr->len + 1) {
        do
            tstr->cap <<= 1;
        while (tstr->cap < tstr->len + 1);
        ctmp = realloc(tstr->str, tstr->cap);
        if (NULL == ctmp) {
            CERR("tstr_freadend realloc is end error! path = %s!", path);
            free(tstr->str);
            free(tstr);
            return NULL;
        }
    }

    tstr->str[tstr->len] = '';
    tstr->len += 1;

    return tstr;
}

最终测试文件 file_test_build.c

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <stdint.h>
#include <stddef.h>
#include <string.h>

#ifndef _STRUCT_TSTR
#define _STRUCT_TSTR

struct tstr {
    char * str;            // 字符串实际保存的内容
    size_t len;            // 当前字符串长度
    size_t cap;            // 字符池大小
};

// 定义的字符串类型
typedef struct tstr * tstr_t;

#endif  // !_STRUCT_TSTR

// 
// 控制台输出完整的消息提示信息, 其中fmt必须是 "" 包裹的字符串
// CERR            -> 简单的消息打印
// CERR_EXIT    -> 输出错误信息, 并推出当前进程
// CERR_IF        -> if语句检查, 如果符合标准错误直接退出
// 
#ifndef _H_CERR
#define _H_CERR

#define CERR(fmt, ...) 
    fprintf(stderr, "[%s:%s:%d][errno %d:%s]" fmt "
",
        __FILE__, __func__, __LINE__, errno, strerror(errno), ##__VA_ARGS__)

#define CERR_EXIT(fmt,...) 
    CERR(fmt, ##__VA_ARGS__), exit(EXIT_FAILURE)

#define CERR_IF(code) 
    if((code) < 0) 
        CERR_EXIT(#code)

#endif

//
// 简单的文件读取类,会读取完毕这个文件内容返回,失败返回NULL.
// path        : 文件路径
// return    : 创建好的字符串内容, 返回NULL表示读取失败
//
extern tstr_t tstr_freadend(const char * path);

//
// 测试文件读取, 推荐都是50mb以下文件好处理一点
//
int main(int argc, char * argv[]) {

    const char * path = "顾城 - 没有名字的诗歌.txt";
    tstr_t str = tstr_freadend(path);
    if (NULL == str)
        CERR_EXIT("日狗吗? 这都读不出来`!");

    // 这里打出数据
    printf("当前总字符数:%d, 当前容量:%d.

", str->len, str->cap);
    puts(str->str);

    free(str->str);
    free(str);
    return 0;
}

// 文本字符串创建的初始化大小
#define _INT_TSTRING    (32)

//
// 简单的文件读取类,会读取完毕这个文件内容返回,失败返回NULL.
// path        : 文件路径
// return    : 创建好的字符串内容, 返回NULL表示读取失败
//
tstr_t
tstr_freadend(const char * path) {
    tstr_t tstr;
    char buf[BUFSIZ];
    size_t rn;
    char * ctmp;
    FILE * txt = fopen(path, "r");
    if (NULL == txt) {
        CERR("tstr_freadend fopen r %s is error!", path);
        return NULL;
    }

    // 分配内存
    tstr = malloc(sizeof(struct tstr));
    if (NULL == tstr) {
        fclose(txt);
        CERR("tstr_freadend malloc is error! path = %s.", path);
        return NULL;
    }
    tstr->len = 0;
    tstr->cap = _INT_TSTRING;
    tstr->str = NULL;

    // 读取文件内容
    do {
        rn = fread(buf, sizeof(char), BUFSIZ, txt);
        if (rn < 0) {
            CERR("tstr_freadend fread is error! path = %s. rn = %d.", path, rn);
            fclose(txt);
            free(tstr->str);
            free(tstr);
            return NULL;
        }

        // 构建数据
        if (tstr->cap < tstr->len + rn) {
            do
                tstr->cap <<= 1;
            while (tstr->cap < tstr->len + rn);
            ctmp = realloc(tstr->str, tstr->cap);
            if (NULL == ctmp) {
                CERR("tstr_freadend realloc is error! path = %s!", path);
                fclose(txt);
                free(tstr->str);
                free(tstr);
                return NULL;
            }
            tstr->str = ctmp;
        }

        // 开始拷贝数据
        memcpy(tstr->str + tstr->len, buf, rn);
        tstr->len += rn;
    } while (rn == BUFSIZ);

    fclose(txt);

    // 继续构建数据, 最后一行补充一个
    if (tstr->cap < tstr->len + 1) {
        do
            tstr->cap <<= 1;
        while (tstr->cap < tstr->len + 1);
        ctmp = realloc(tstr->str, tstr->cap);
        if (NULL == ctmp) {
            CERR("tstr_freadend realloc is end error! path = %s!", path);
            free(tstr->str);
            free(tstr);
            return NULL;
        }
    }

    tstr->str[tstr->len] = '';
    tstr->len += 1;

    return tstr;
}

View Code

测试结果是通过的

到这里基本上, 我们已经通过验证,构建了最终的操作代码, 欢迎尝试用于性能提升上.

后记 - 扯淡以后

　　错误是难免的, 欢迎指正, 交流提高. O(∩_∩)O哈哈~

　　笑傲江湖曲 http://music.163.com/#/song?id=30031035

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原文地址：https://www.cnblogs.com/life2refuel/p/6058414.html

C基础 大文件读取通过标准库

引言 - 问题的构建

前言 - 实验验证

正文 - 构建一个成果

后记 - 扯淡以后

C基础大文件读取通过标准库