【Linux】 open/read/write/close等文件系统调用接口以及fd与FILE的比较

在Linux系统下，一切皆文件。因此文件是一个很重要的概念，接下来就介绍一下其相关的文件接口函数。

一、open/read/write/close等文件系统调用接口说明

1.open函数

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注释：
（1）函数说明：用来打开一个已经存在的文件或者创建一个普通文件
（2）参数解释：
pathname：要打开或创建的目标文件
flags：打开文件时，可以传入多个参数选项，用下面的一个或多个进行“或”运算，构成flags；
参数：O_RDONLY—只读打开、 Q_WRONLY—只写打开、O_RDWR—读、写打开；这三个变量只能指定一个
O_CREAT—若文件不存在，则创建它。需要使用mode（文件权限标志）选项，来指明新文件的访问权限
O_APPEND—追加写
（3）返回值：成功返回新打开文件的描述符，失败则返回-1

文件权限标志
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文件权限标志也可以使用加权数字表示，这组数字被称为umask变量，它的类型是mode_t，是一个无符号八进制数。umask变量的定义方法如表：
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2、read函数

//函数原型
ssize_t read（int fd，void *buf，size_t count）;

注释：
（1）函数说明：是从 fd所描述的打开文件中读取 buf所指缓冲区中的 n个字节。
（2）参数说明
fd：文件描述符，用来指向要操作的文件的文件结构体
buf：一块内存空间
count：请求读取的字节数，读上来的数据保存在缓冲区buf中，同时文件的当前读写位置向后移。
ssize_t:有符号整型
（3）返回值：成功返回读取的字节数，出错返回-1并设置errno，如果在调用read之前已到达文件末尾，则这次read返回0。

注意：读操作从文件的当前位移量处开始，在成功返回之前，该位移量增加实际读的字数。

3、write函数

//函数原型
ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t count);

注释：
（1）函数说明：将 buf所指向的缓冲区的 n字节写入 fd 所描述的打开文件中
（2）参数说明：
fd：文件指针
buf：写入的数据保存在缓冲区buf中，同时文件的当前读写位置向后移
count：请求写入的字节数
（3）返回值：成功返回写入的字节数，出错返回-1并设置errno写常规文件时，write的返回值通常等于请求写的字节数count，而向终端或者网络写则不一定。

4、close函数

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注释：
（1）函数说明：关闭指定文件
（2）参数解释：fd—文件描述符，用来指向要操作的文件的文件结构体
（3）返回值：若成功返回0，出错返回-1；

注意：关闭一个文件时也释放该进程加在该文件上的所有记录锁，当一个进程终止时，它所有的打开文件都由内核自动关闭。

二、对比fd与FILE结构体

1、文件描述符fd

概念：文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有文件或者创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。在程序设计中，一些涉及底层的程序编写往往会围绕着文件描述符展开。

习惯上，标准输入（standard input）的文件描述符是 0，标准输出（standard output）是 1，标准错误（standard error）是 2。
0,1,2对应的物理设备一一般是:键盘，显示器，显示器。

查看当前最大打开文件描述符数：
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修改当前用户环境下的最大打开文件描述符数（临时更改）：

2、FILE结构体

struct FILE
{
    char *_ptr;//文件输入的下一个位置
    int _cnt;//当前缓冲区的相对位置
    char *_base;//指基础位置（文件的起始位置）
    int _flag;//文件标志
    int _file;//文件的有效性验证
    int _charbuf;//检查缓冲区状况，如果缓冲区则不读取
    int _bufsiz;//文件的大小
    char *_tmpfname;//临时文件名
};

3、（FILE*）文件指针

文件指针指向进程用户区中一个被叫做FILE结构的结构数据。
FILE结构包括一个缓冲区和一个文件描述符。而文件描述符是文件描述符表的一个索引；
因此从某种意义上说文件指针就是句柄的句柄（在Windows系统上，文件描述符被称作文件句柄）。

4、文件描述符与文件指针的区别

（1）文件描述符fd只是一个非负整数，在open时产生，起到一个索引的作用，进程通过PCB中的文件描述符表找到该fd所指向的文件指针file。
（2）open函数返回的是一个文件描述符，内核会在每个进程空间中维护一个文件描述符表，所有打开的文件都将通过此表中的文件描述符来引用；
（3）fopen函数返回的是一个文件指针（FILE*），FILE结构是包含有文件描述符的，fopen可以看做是open（fd直接操作的系统调用）的封装，它的优点是带有I/O缓存这里写图片描述
函数fopen()就是返回打开文件的指针；如果操作失败，返回空指针null。