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)/~~
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\n"
#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!\n");
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!\n");
return;
}
size_t cnt = 0;
int c;
while ((c = fgetc(txt)) != EOF)
++cnt;
fclose(txt);
printf("test_fgetc cnt = %d\n", 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!\n");
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\n", 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\n"
#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!\n");
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!\n");
return;
}
size_t cnt = 0;
int c;
while ((c = fgetc(txt)) != EOF)
++cnt;
fclose(txt);
printf("test_fgetc cnt = %d\n", 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!\n");
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\n", cnt);
}
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!\n");
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\n", 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!\n");
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\n", 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);
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 "\n",\
__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\0
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] = '\0';
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 "\n",\
__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.\n\n", 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\0
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] = '\0';
tstr->len += 1;
return tstr;
}
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