Linux：基础IO——复习C语言文件IO相关操作

1.C语言操作文件接口

(1) fopen函数

函数原型：
FILE *fopen(const char *path,const char *mode);
参数解释：
path:待打开的文件（文件路径 + 文件名称）
mode:以何种方式打开
返回值：打开文件成功返回文件流指针，打开失败返回NULL

打开方式：

打开方式	解释
r	以只读方式打开，当文件不存在的时候，就会打开失败
r+	以读写方式打开，当文件不存在的时候，就会打开失败
w	以只写方式打开。如果文件不存在，则会创建文件，如果文件存在则会截断（清空）文件
w+	以读写方式打开文件，如果文件不存在，则创建文件；如果文件存在，则会截断（清空）文件
a	以追加方式打开，仅支持写，如果文件不存在，则会创建文件；当前的文件流指针指向了文件的末尾
a+	以追加方式打开，支持读写，如果文件不存在，则创建文件，当前文件流指针指向了文件的末尾

（2）fwrite函数

函数原型：
size_t fwrite(const void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *stream);
参数解释：
ptr:要往文件中写的内容
size: 写入块的大小，单位是字节
nmemb:块的个数，单位是个
stream:文件流指针
返回值：返回写入成功时块的个数（不是写入成功字节的数量）

注意：一般在程序中使用的时候，是将size设置成1，则nmembj就表示写入的字节数量

(3) fread函数

函数原型：
size_t fread(void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *stream);
参数解释：
ptr:要将读到的内容保存到哪里
size: 每次读块的大小
nmemb: 块的个数
stream:文件流指针
返回值：成功读到的块的个数

（4）fseek函数

函数原型：
int fseek(FILE *stream, long offset,int whence);
stream:文件流指针
offset:偏移量
whence:
	SEEK_SET:文件流指针偏移到文件头部
	SEEK_CUR:文件流指针偏移到当前位置
	SEEK_END:文件流指针指向文件末尾位置

（5）fclose函数

函数原型：
int fclose(FILE *fp);
作用：关闭文件流指针

代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    
    
    FILE* fp = fopen("./linux", "r+");
    if(!fp)
    {
    
    
        perror("fopen");
        return -1;
    }


    char buf[1024] = {
    
    0};
    strcpy(buf, "linux-57");
    ssize_t w_ret = fwrite(buf, 1, 9, fp);
    printf("w_ret:%d\n", w_ret);
    
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);

    memset(buf, '\0', sizeof(buf));
    ssize_t r_ret  = fread(buf, 1, sizeof(buf) - 1, fp);
    printf("r_ret:%d, ---  %s\n", r_ret, buf);

    printf("open success\n");
    return 0;
}

以上这些函数都是库函数，时C库中提供给程序员调用的函数，接下来再给大家分享一下操纵系统内核为程序员提供的函数。

2.系统调用函数的操作文件接口

（1）open函数

函数原型：
int open(const char *pathname, int flags, mod_t mode);
参数解释：
pathname:要打开的文件名称（路径+名称）
flags: 以何种方式打开
mode: 权限
返回值：打开成功，返回大于等于0的数字，是文件描述符，打开失败返回-1

flags处传递的参数为宏定义，分为必须的宏和可选的宏两种：
必须的宏：

名称	解释
O_RDONLY	只读方式
O_WRONLY	只写方式
O_RDWR	读写方式

可选的宏：

名称	解释
O_APPEND	追加
O_TRUNC	截断
O_CREAT	文件不存在则创建

使用的时候，用必须的宏和可选的宏组合使用，必须的宏和可选的宏之间使用按位或的方式。
例如：

O_RDWR | O_CREAT

（2）read函数

函数原型：
ssize_t read(int fd,  void *buf,size_t count);
参数解释：
fd:文件描述符，open的返回值
buf:要将读到的内容放到那里去
count: 最大可以读多少个，单位字节
返回值: 返回读到的字节数量

（3）write函数

函数原型：
ssize_t read(int fd,  const void *buf,size_t count);
参数解释：
fd:文件描述符，open的返回值
buf:往文件中写的内容
count: 写的内容的大小
返回值: 写成功的字节数量

（4）lseek函数

函数原型：
off_t lseek(int fd,  off_t offset,int whence);
参数解释：
fd:文件描述符，open的返回值
offset:偏移量
whence: 
	SEEK_SET
	SEEK_CUR
	SEEK_END

（5）close

函数原型：
int close(int fd);
作用：关闭文件描述符

代码：

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


int main()
{
    
    

    close(0);
    int fd = open("./linux", O_RDWR | O_CREAT, 0664);
    if(fd < 0)
    {
    
    
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("%d\n", O_RDWR | O_CREAT);
    printf("fd : %d\n", fd);

    while(1)
    {
    
    
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

文件描述符

概念：文件描述符其实就是从0开始的小整数，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。于是就有了file结构体。而open执行系统调用，所以必须将进程和文件关联起来。每个进程都有一个指针*files，指向一张表files_struct,该表最重要的部分就是包含一个指指针数组，每个元素都是一个指向打开文件的指针。所以，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。

文件描述符的分配规则

首先我们来看下面的代码的结果

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    
    
 int fd = open("myfile", O_RDONLY);
 if(fd < 0){
    
    
 perror("open");
 return 1;
 }
 printf("fd: %d\n", fd);
 close(fd);
 return 0;
}

运行结果：

结果为fd:3

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    
    
 close(0);
 //close(2);
 int fd = open("myfile", O_RDONLY);
 if(fd < 0){
    
    
 perror("open");
 return 1;
 }
 printf("fd: %d\n", fd);
 close(fd);
 return 0;
}

运行结果：

关闭2或者0，发现结果为fd:0
可以得出，文件描述符的分配规则为：在file_struct数组中，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。

3.重定向

如果我们把1关闭了，就会看到这样的现象

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.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);
}

运行结果：

此时，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，其中，fd＝1。这种现象叫做输出重定向。常见的重定向有:>, >>, <
重定向本质：
##dup2函数

函数原型：
#include <unistd.h>
int dup(int oldfd, int newfd);

例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int main() {
    
    
 int fd = open("./log", O_CREAT | O_RDWR);
 if (fd < 0) {
    
    
 perror("open");
 return 1;
 }
 close(1);
 dup2(fd, 1);
 for (;;) {
    
    
 char buf[1024] = {
    
    0};
 ssize_t read_size = read(0, buf, sizeof(buf) - 1);
 if (read_size < 0) {
    
    
 perror("read");
 break;
 }
 printf("%s", buf);
 fflush(stdout);
 }
 return 0;
}