C 读取二进制 stdin

Question

我正在尝试构建一个指令流水线模拟器，但是很难入手。我需要从stdin读取二进制数据，并以某种方式将其存储在内存中，同时进行数据操作。我需要一次读入32位的数据块。

如何才能每次读入恰好32位的数据块呢？其次，如何将其存储以便稍后操作？

这是我目前的情况，但检查我之前读取的二进制数据块，它看起来不正确，我认为我没有按照需要精确地读取32位数据块。

char buffer[4] = { 0 }; // initialize to 0
unsigned long c = 0;
int bytesize = 4; // read in 32 bits
while (fgets(buffer, bytesize, stdin)) {
  memcpy(&c, buffer, bytesize); // copy the data to a more usable structure for bit manipulation later
  // more stuff
  buffer[0] = 0; buffer[1] = 0; buffer[2] = 0; buffer[3] = 0; // set to zero before next loop
}
fclose(stdin);

我该如何每次读取32位（它们全部都是1/0，没有换行等），并将其存储在什么变量中？char[]可以吗？

编辑：我能够读取二进制数据，但是所有的答案产生的位顺序都不正确——它们都混乱了。我怀疑这涉及到字节序以及一次只能读取和移动8位（即1个字符），这需要在Windows和C上工作…？

- rlb.usa

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实际上，您可以按字节或每次4个字节读取，因为您需要将数据存储到缓冲区中。一旦得到缓冲区存储任何长度的数据，您可以逐个处理缓冲区中的4个字节。由于stdin / stdout被视为流式传输，因此逐字节是自然的。与套接字I / O不同，通常可以忽略stdin等的字节顺序，当然如果需要，可以自行进行字节顺序转换。由于没有换行符（例如'\n'），使用read或fread会更好。请将其视为流。 - Test

这些解决方案都没有以正确的顺序读取二进制文件！请帮忙，截止日期快到了。 - rlb.usa

x86平台是小端序的，你不能期望在C语言中以正确的顺序获取位。 - ntd

+1 是的，我经常在想这个问题...问题是什么来着？ - Dead account

如何读取二进制位，然后将这些位分成（可能是奇怪大小的）块，例如位掩码。 - rlb.usa

Answer 1

你需要的是freopen()函数。从man手册可知：

如果文件名（filename）为空指针，则freopen()函数将尝试更改流的模式为由mode指定的模式，就好像使用与流当前关联的文件名一样。在这种情况下，如果freopen()调用成功，则与流相关联的文件描述符不需要关闭。允许更改模式（如果有任何更改）以及在什么情况下允许更改是由具体实现定义的。

基本上你能做到的最好的就是这样：

freopen(NULL, "rb", stdin);

这将重新打开stdin作为相同的输入流，但是以二进制模式。在正常模式下，在Windows上从stdin读取将会把\r\n（Windows换行符）转换为单个字符ASCII 10。使用"rb"模式禁用此转换，以便您可以正确地读取二进制数据。

freopen()返回一个文件句柄，但它是之前的值（在我们将其设置为二进制模式之前），因此不要将其用于任何事情。之后，使用如先前提到的fread()。

至于您的顾虑，您可能并未读取“32位”，但如果您使用fread()，您将读取4个char（这是您在C中能做的最好的 - char保证至少为8位，但一些历史和嵌入式平台具有16位的char（甚至有18或更糟糕的）。如果您使用fgets()，您将永远不会读取4个字节。您将至少读取3个（取决于它们是否有换行符），第四个字节将是'\ 0'，因为C字符串是以空字符结束的，并且fgets()会将其读取的内容以空字符结束（像一个好的函数）。显然，这不是您想要的，因此您应该使用fread()。

- Chris Lutz

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不需要尝试将freopen的返回值分配给stdin - freopen要么返回NULL，要么返回先前的stdin值（它更改指向的FILE但不更改FILE *值本身）。 - caf

啊，我没有意识到它返回了旧值。已编辑以修复。 - Chris Lutz

一如既往，Windows 与众不同。它不允许 path 参数为 NULL。请查看 此处 的评论。 - schieferstapel

很遗憾，这在Windows上行不通，原因由@schieferstapel给出：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/wk2h68td.aspx。-1。 - j_random_hacker

Answer 2

考虑使用 SET_BINARY_MODE 宏和 setmode 函数：

#ifdef _WIN32
# include <io.h>
# include <fcntl.h>
# define SET_BINARY_MODE(handle) setmode(handle, O_BINARY)
#else
# define SET_BINARY_MODE(handle) ((void)0)
#endif

关于SET_BINARY_MODE宏的更多详细信息在这里：通过标准I/O处理二进制文件

关于setmode的更多详细信息在这里："_setmode"

- Adrian

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感谢您提到了_setmode。它对我实际上很有用（我正在尝试以二进制方式打开stdout）。 - Aliza

# define SET_BINARY_MODE(handle) ((void)0) 对我没用。我正在使用 Atmega 128A1，似乎无法将 stdout 设置为二进制模式。有人可以帮忙吗？ - WPFGermany

Answer 3

我不得不从上面善良人们的各种评论中拼凑出答案，所以这里是一个完全可用的示例 - 仅适用于Windows，但您可能可以将Windows特定内容翻译成适用于您的平台的内容。

#include "stdafx.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "windows.h"
#include <io.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
    char rbuf[4096];
    char *deffile = "c:\\temp\\outvideo.bin";
    size_t r;
    char *outfilename = deffile;
    FILE *newin;

    freopen(NULL, "rb", stdin);
    _setmode(_fileno(stdin), _O_BINARY);

    FILE *f = fopen(outfilename, "w+b");
    if (f == NULL)
    {
        printf("unable to open %s\n", outfilename);
        exit(1);
    }

    for (;; )
    {
        r = fread(rbuf, 1, sizeof(rbuf), stdin);
        if (r > 0)
        {
            size_t w;
            for (size_t nleft = r; nleft > 0; )
            {
                w = fwrite(rbuf, 1, nleft, f);
                if (w == 0)
                {
                    printf("error: unable to write %d bytes to %s\n", nleft, outfilename);
                    exit(1);
                }
                nleft -= w;
                fflush(f);
            }
        }
        else
        {
            Sleep(10); // wait for more input, but not in a tight loop
        }
    }

    return 0;
}

- alex gimenez

Answer 4

对于Windows系统，这个Microsoft _setmode示例特别演示了如何将stdin更改为二进制模式：

// crt_setmode.c
// This program uses _setmode to change
// stdin from text mode to binary mode.

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <io.h>

int main( void )
{
   int result;

   // Set "stdin" to have binary mode:
   result = _setmode( _fileno( stdin ), _O_BINARY );
   if( result == -1 )
      perror( "Cannot set mode" );
   else
      printf( "'stdin' successfully changed to binary mode\n" );
}

- gregS

Answer 5

fgets()在这里完全不适用。它针对的是以换行符终止的可读ASCII文本，而不是二进制数据，并且无法获取您所需的内容。

最近我使用read()调用完全实现了您想要的功能。除非您的程序已经显式关闭了stdin，否则对于第一个参数（文件描述符），您可以使用stdin的常量值0。或者，如果您在POSIX系统上（Linux、Mac OS X或其他现代Unix变体），您可以使用STDIN_FILENO。

- Bob Murphy

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当然，这对于非POSIX系统是行不通的，因为在POSIX系统上，文件句柄的二进制读取和文本读取之间没有区别，这就失去了意义。 - Chris Lutz

Answer 6

我不知道你正在运行什么操作系统，但通常你不能“以二进制方式打开stdin”。你可以尝试一些类似的方法。

int fd = fdreopen (fileno (stdin), outfname, O_RDONLY | OPEN_O_BINARY);

尝试强制它。然后使用

uint32_t opcode;
read(fd, &opcode, sizeof (opcode));

但是我自己实际上没有尝试过。:)

- Paul Hsieh

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您不必执行fdreopen()。 stdin始终处于打开状态 - 请查看我的答案。 - Bob Murphy

WTF？？我知道它是开放的，那是你可以FEED到fdreopen中的唯一类型的文件。但它有错误的MODE。stdin被打开为TEXT文件。这个人想要读取原始二进制数据，而文本不会起作用。 - Paul Hsieh

Answer 7

fread() 最适合读取二进制数据。

如果您计划按字节处理它们，那么 char 数组是可以的。

- elder_george

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这不是答案。stdin是一个带缓冲区的输入流，而fread()函数将读取缓冲数据，在Windows系统中，它会以文本模式进行读取并将\r\n转换为单个字符，这对于二进制数据来说是不好的。 - Chris Lutz

Answer 8

第一次我做得没错，除了需要使用 ntohl ... C 端序转换：逐位分析

- rlb.usa