Linux应用编程之读写文件操作详解

文件操作的主要接口API

(1)什么是操作系统API

OS本身就有一部分是驱动。API实指就是一些函数，这些函数是由Linux系统提供支持的，由应用层程序来使用的。应用层程序通过调用API来调用操作系统中的各种功能，来干活。学习一个操作系统，其实就是学习这个系统的API 。使用Linux系统来读写文件，手段就是学习Linux系统API中和文件相关

(2)Linux中常见文件IO接口

open - 打开或创建文件
read - 从文件中读取数据
write - 向文件写入数据
close - 关闭文件
lseek - 改变文件指针位置
fcntl - 文件控制操作
ioctl - 设备控制操作
stat - 获取文件状态信息
fstat - 获取已打开文件的状态信息
mmap - 将文件映射到内存
unlink - 删除文件
rename - 重命名文件
mkdir - 创建目录
rmdir - 删除目录
opendir - 打开目录流

（3）文件操作的一般步骤

1.在LInux系统中要操作一个文件，一般是先open打开一个文件，得到一个文件描述符，然后对文件进行读写（或其他操作），最后close关闭文件即可
2.我们对文件进行操作的时候，一定要先打开文件，打开成功之后才能去操作文件，读写完成之后，一定要关闭文件，否则可能会造成文件损坏。
3.文件平时是存在块设备中的文件系统中，我们把这种文件叫做静态文件。当我们open打开一个文件时，LInux内核做的操作包括： 内存在进程中建立了一个打开文件的数据结构，记录下我们打开的文件，内核在内存中申请一段内存，并将静态文件的内容从块设备中读取到内存中特定地址管理存放（叫做动态文件）
4.打开文件后，以后对这个文件的读写操作，都是针对内存中的这一份动态文件的，并不是针对静态文件的。当我们对动态文件进行读写后，此时内存中的动态文件和块设备的静态文件就不同步了，当我们Close关闭动态文件之后，Close内部内核将内存中的动态文件的内容去更新（同步）快设备中的静态文件
5.常见的一些现象：打开一个大文件比较慢，我们写了一半的文件，如果没有点保存，重启直接没了
6.为什么要这么设计？ 块设备本身有限制，而内存可以按字节为单位来操作，而且可以随机操作。内存操作很灵活，所以内核操作文件就没有任何限制。

（4）文件描述符

1.文件描述符其实本质上是一个数字，这个数字在一个进程中表示一个特定的含义。当我们open打开一个文件时，操作系统在内存中构建了一些数据结构来表示这个动态文件，然后返回给应用程序一个数字作为文件描述符。这个数字就和我们内存中维护这个动态文件的数据结构挂钩，只需要用这个文件描述符进行区分。
2.一句话讲清楚文件描述符：文件描述符就是用来区分一个程序打开的多个文件。
3.文件描述符的作用域就是当前的进程，出了当前进程这个文件描述符就没有意义了

文件读写示例

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#define O_RDWR 02
int main(){
    printf ("===========open file demo begin============\n");
    int fd = -1;
    char buf[100] = {0};
    char input_buf[100] = " I love linux";
    //open file
    // fd is file description 
    // step 1. open file
    fd =  open("a.txt",O_RDWR);
    // Real-ask brochoure ,use man command such as : man 2 open
    if (-1 == fd ){  // sometimes write as fd<0
        printf("fail open file\n");
        return -1;
    } 
    printf ("success open file\n");
    int ret = -1 ;
    //step 2. write file
    ret = write(fd,input_buf,strlen(input_buf));
    if(ret<0){
        printf("write fail\n");
    }
    // write is success but read none ?

    //  now file pointer in end of file , so let pointer to begin of file;
    lseek(fd,0,SEEK_SET);
    // step 2. read file 
   
    // para1 .fd para2. recieve str para3. read count ; 
    ret = read(fd,buf,20);
    if(-1 == ret) printf("read fail\n");
    printf("read size is %d\n",ret);
    printf("context is [%s]\n",buf);
    // step 3. close file  
    close(fd);
    printf ("===========open file demo close============\n");
}

open函数的flag 详解

打开不存在的文件时 ：O_CREAT O_EXCL
当我们打开不存在的文件的时候，如果文件名不存在就会提示文件错误 而vim 打开文件时候 如果不存在就创建文件。
open的flag O_CREAT就是为了应付打开一个不存在的文件
当使用 O_CREAT的时候 文件已经存在了 会怎么样?如果这文件存在 就会重新创建一个新的文件，原来的内容的会被消除掉。
这样就会带来一个新的问题：我们本来想创建一个新的文件，但是把新的文件名字不小心设置为老文件名 就会被覆盖。我们希望的效果是如果文件存在，则给我报错，不要去创建。这个效果就要靠 O_EXEL标志一块使用。没有这文件的时候会创建，有这个文件会报错，
新知识点： mode_t mode 用来指定权限 mode 使用四个数字来指定权限，其中后面三个很重要 代表后面的权限。

fcntl函数详解

fcntl的原型和功能

1.fcntl函数是一个多功能的文件管理的工具箱，接受2个参数和一个变参。第一个参数是fd表示要操作的哪个文件 ，第二个参数是cmd表示要进行哪个命令操作。变参是用来传递参数的，要配合cmd来使用
2.cmd的样子类似于F_XXX，不同的cmd具有不同的功能。

标准IO库

标准IO和文件IO有什么区别？

1.看起来使用都是函数，但是：标准IO是C库函数，而文件IO是LInux系统的API封装而来的
2.C语言库函数是API封装而来的。库函数内部也是通过调用API来完成操作的，但是库函数因为多了一层封装，所以比API要更加好用。
3.库函数比API还有一个优势就是：API在不同的操作系统之间是不能通用的，但是C库的函数在不同操作系统中几乎是一样的。所以C库函数具有可移植性而API没有可移植性。
4.性能上和宜用性来看，C库函数一般要好些。譬如IO，文件IO是不带缓存的，而标准IO是带缓存的，因此标准IO比文件IO性能要更高。

常用标准IO函数介绍

常见标准IO库函数有：fopen fclose fwrite ferad fflush fseek

标准IO 代码示例

#include <stdio.h>

#define FILE_NAME "tmep.txt"
int main()
{

    FILE *fp = NULL;
    size_t len = -1;
    fp = fopen(FILE_NAME, "r+");
    char buf[100] = {0};

    if (NULL == fp)
    {
        /* code */
        perror("fopen");
        return -1;
    }

    printf("open success\n");
    // opt file

    // len = fwrite("abcde",1,5,fp);

    // printf("len is %d\n",len);
    memset(buf, 0, sizeof(buf));
    len = fread(buf, 1, 10, fp);
    printf("len is %d\n", len);

    printf("buf is %s\n", buf);

    fclose(fp);

    return 0;
}