Linux基础知识点(三-文件I/O)
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一、文件操作(C标准库)
1.1 fopen函数
fopen库函数用于打开或创建文件，返回相应的文件流。
#include <stdio.h>
FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
pathname参数用于指定要打开或创建的文件名。
mode参数用于指定文件的打开方式，注意该参数是一个字符串，输入时需要带双引号：
"r"：以只读方式打开，文件指针位于文件的开头。
"r+"：以读和写的方式打开，文件指针位于文件的开头。
"w"：以写的方式打开，不管原文件是否有内容都把原内容清空掉，文件指针位于文件的开头。
"w+"：同上，不过当文件不存在时，前面的“w”模式会返回错误，而此处的“w+”则会创建新文件。
"a"：以追加内容的方式打开，若文件不存在会创建新文件，文件指针位于文件的末尾。与“w+”的区别是它不会清空原文件的内容而是追加。
"a+"：以读和追加的方式打开，其它同上。
fopen的返回值是FILE类型的文件文件流，当它的值不为NULL时表示正常，后续的fread、fwrite等函数可通过文件流访问对应的文件。
1.2 fread函数
?fread库函数用于从文件流中读取数据。
#include <stdio.h>
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);stream是使用fopen打开的文件流，fread通过它指定要访问的文件，它从该文件中读取nmemb项数据，每项的大小为size，读取到的数据会被存储在ptr指向的数组中。fread的返回值为成功读取的项数（项的单位为size）。
1.3 fwrite函数
?fwrite库函数用于把数据写入到文件流
#include <stdio.h>
size_t fwrite(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);它的操作与fread相反，把ptr数组中的内容写入到stream文件流，写入的项数为nmemb，每项大小为size，返回值为成功写入的项数（项的单位为size）。
1.4 fclose函数
fclose库函数用于关闭指定的文件流，关闭时它会把尚未写到文件的内容都写出。因为标准 库会对数据进行缓冲，所以需要使用fclose来确保数据被写出。它的函数原型如下：
#include <stdio.h>
int fclose(FILE* stream);1.5 fflush函数
fflush函数用于把尚未写到文件的内容立即写出。常用于确保前面操作的数据被写 入到磁盘上。fclose函数本身也包含了fflush的操作。fflush的函数原型如下：
#include <stdio.h>
int fflush(FILE *stream);1.6 fseek函数
fseek函数用于设置下一次读写函数操作的位置。它的函数原型如下：
#include <stdio.h>
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);其中的offset参数用于指定位置，whence参数则定义了offset的意义，whence的可取值如下：
SEEK_SET：offset是一个绝对位置。
SEEK_END：offset是以文件尾为参考点的相对位置。
SEEK_CUR：offset是以当前位置为参考点的相对位置。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
//要写入的字符串
const char buf[] = "filesystem_test:Hello World!\n";
//文件指针
FILE *fp;
char str[100];
int main(void)
{
//打开一个文件，正常返回文件指针，异常返回NULL
fp = fopen("filesystem_test.txt", "w+");
if(NULL == fp){
printf("Fail to Open File\n");
return 0;
}
//将buf的内容写入文件，每次写入1个字节，总长度由strlen给出
fwrite(buf, 1, strlen(buf), fp);
//写入InsertString,每次写入1个字节，总长度由strlen给出
fwrite("InsertString\n", 1, strlen("InsertString\n"),fp);
//把缓冲区的数据立即写入文件
fflush(fp);
//此时的文件位置指针位于文件的结尾处，使用fseek函数使文件指针回到文件头
fseek(fp, 0, SEEK_SET);
//从文件中读取内容到str中,每次读取100个字节，读取1次
fread(str, 100, 1, fp);
printf("File content:\n%s \n", str);
fclose(fp);
return 0;
}
二、文件操作(系统调用)
?Linux提供的文件操作系统调用常用的有open、write、read、lseek、close等，C标准库中的操作文件函数可以认为是对系统调用的封装，方便二次开发。
?2.1 open函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);Linux使用open函数来打开文件，并返回该文件对应的文件描述符。函数参数说明如下：
pathname：要打开或创建的文件名；
flag：指定文件的打开方式，具体有以下参数，见下表 flag参数值。
| 标志位 | 含义 |
|---|---|
| O_RDONLY | 以只读的方式打开文件，该参数与O_WRONLY和O_RDWR只能三选一 |
| O_WRONLY | 以只写的方式打开文件 |
| O_RDWR | 以读写的方式打开文件 |
| O_CREAT | 创建一个新文件 |
| O_APPEND | 将数据写入到当前文件的结尾处 |
| O_TRUNC | 如果pathname文件存在，则清除文件内容 |
?C库函数fopen的mode参数与系统调用open的flags参数有如下表中的等价关系。
| r | O_RDONLY |
| w | O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC |
| a | O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND |
| r+ | O_RDWR |
| w+ | O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC |
| a+ | O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND |
mode：当open函数的flag值设置为O_CREAT时，必须使用mode参数来设置文件与用户相关的权限。mode可用的权限如下表所示，表中各个参数可使用 " | "来组合。
返回值：成功返回文件描述符fd，失败返回-1。
| \ | 标志位 | 含义 |
|---|---|---|
| 当前用户 | S_IRUSR | 用户拥有读权限 |
| \ | S_IWUSR | 用户拥有写权限 |
| \ | S_IXUSR | 用户拥有执行权限 |
| \ | S_IRWXU | 用户拥有读、写、执行权限 |
| 当前用户组 | S_IRGRP | 当前用户组的其他用户拥有读权限 |
| \ | S_IWGRP | 当前用户组的其他用户拥有写权限 |
| \ | S_IXGRP | 当前用户组的其他用户拥有执行权限 |
| \ | S_IRWXG | 当前用户组的其他用户拥有读、写、执行权限 |
| 其他用户 | S_IROTH | 其他用户拥有读权限 |
| \ | S_IWOTH | 其他用户拥有写权限 |
| \ | S_IXOTH | 其他用户拥有执行权限 |
| \ | S_IRWXO | 其他用户拥有读、写、执行权限 |
?2.2?read函数
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);read函数用于从文件中读取若干个字节的数据，保存到数据缓冲区buf中，并返回实际读取的字节数，具体函数参数如下：
fd：文件对应的文件描述符，可以通过open函数获得。
buf：指向数据缓冲区的指针。
count：读取多少个字节的数据。
?2.3 write函数
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);write函数用于往文件写入内容，并返回实际写入的字节长度，具体函数参数如下：
fd：文件对应的文件描述符，可以通过fopen函数获得。
buf：指向数据缓冲区的指针；
count：往文件中写入多少个字节
?2.4 close函数
#include <unistd.h>
int close(int fd);当我们完成对文件的操作之后，想要关闭该文件，可以调用close函数，来关闭该fd文件描述符对应的文件。
2.5 lseek函数
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);lseek函数可以用与设置文件指针的位置，并返回文件指针相对于文件头的位置。
它的用法与flseek一样，其中的offset参数用于指定位置，whence参数则定义了offset的意义，whence的可取值如下：
SEEK_SET：offset是一个绝对位置。
SEEK_END：offset是以文件尾为参考点的相对位置。
SEEK_CUR：offset是以当前位置为参考点的相对位置。
三、?文件描述符fd
3.1 文件描述符介绍
对于内核而言，所有打开的文件都通过文件描述符引用。文件描述符是一个非负数，当打开一个现有文件或则创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。
Linux进程会默认打开3个文件描述符，分别为标准输入0(stdin)、标准输出1(stdout)、标准错误2(stderror)，其对应的物理设备一般为键盘、显示器、显示器。
文件描述符就是从0开始的非负数。当我们打开文件时，操作系统在内存中要创建相应的数据结构来描述目标文件，所以操作系统用file结构体来描述文件，表示一个已经打开的文件对象。而进程执行open系统调用，所以必须让进程和文件关联起来。每个进程都有一个指针变量file，指向files_struct结构体，该结构体的成员变量有一个指针数组fd_array[]，每个元素都是一个指向file结构体的指针！本质上，文件描述符就是该数组的下标。所以，只要拿着文件描述符，就可以找到对应的文件。
3.2 文件描述符分配规则
在fd_array数组当中，找到当前没有被使用的最小的一个下标，作为新的文件描述符。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
close(0);
int fd1 = open("myfile1", O_RDONLY);
if(fd1 < 0)
{
perror("open");
return 1;
}
printf("fd: %d\n", fd);
int fd2 = open("myfile2", O_RDONLY);
if(fd1 < 0)
{
perror("open");
return 1;
}
close(fd1);
close(fd2);
return 0;
}
四、文件描述符相关操作
4.1 重定向
如果我们把标准输出的文件描述符1关闭，然后在打开一个文件，使用printf函数会发生什么现象？
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
close(1);
int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 00644);
if(fd < 0){
perror("open");
return 1;
}
printf("fd: %d\n", fd);
fflush(stdout);
close(fd);
exit(0);
}
我们发现，本来应该输出到显示器上的内容，输出到了文件 myfile 当中。这种现象叫做输出重定向。常见的重定向有: >, >>, <。
产生这种现象的原因是因为我们把标准输出的文件描述符1关闭了，所以新打开的文件所获得的文件描述符就是1，往1号文件描述符写的内容都会写到了myfile中，而printf函数是往1号文件描述符中写内容，所以printf里的内容写到了myfile中，而不是写到标准输出中。
?4.2 dup和dup2函数
dup和dup2函数都可以用来复制一个现有的文件描述符，返回值为复制的新文件描述符。
#include <unistd>
int dup(int fd);
int dup2(int fd1, int fd2);其中dup返回的新文件描述符一定是当前可用文件描述符中的最小值，?而dup2，可以fd2参数指定新文件描述符的值，如果指定的文件描述符的值已经被打开，则会将其关闭，如果fd1等于fd2，则dup2返回fd2，而不会去关闭它。
?
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