Linux：一切皆文件

**文件描述符**：它是一种特殊的索引，本质上是进程中`file_struct`结构体成员`fd_array`数组的下标。在Linux等系统中，文件描述符是一个非负整数，用于标识打开的文件，是内核为了高效管理已被打开的文件所创建的索引。通过文件描述符，进程可以对相应文件进行读写等操作。
- **文件打开模式**：分为主模式和副模式。
    - **主模式**：
        - `O_RDONLY`：以只读模式打开文件，即只能从文件中读取数据，不能进行写入操作。
        - `O_WRONLY`：以只写模式打开文件，只能向文件写入数据，无法读取。
        - `O_RDWR`：以读写模式打开文件，既可以读取数据也可以写入数据。
    - **副模式**：
        - `O_CREAT`：当指定文件不存在时，会自动创建该文件。
        - `O_APPEND`：追加模式，写入数据时会将数据添加到文件末尾，而不是覆盖原有内容。
        - `O_DIRECT`：直接I/O模式，绕过系统缓存，数据直接在用户空间和磁盘之间传输，通常用于对I/O性能有较高要求的场景。
        - `O_SYNC`：同步模式，保证每次写入操作都将数据同步到磁盘，确保数据的持久性，但可能会降低写入性能。
        - `O_NONBLOCK`：非阻塞模式，在进行I/O操作时，不会使进程阻塞等待，而是立即返回，常用于需要同时处理多个I/O操作的场景。

系统I/O编程

另外一个当然是标准I/O编程。这个后面再说。

（Linux 文件体系结构） 

• open
• write
• read
• Iseek
• close
• 伪代码示例：
  • int fd;
  • fd = open(filename, flags, mode);
  • lseek(fd, offset, whence)
  • write(fd, buf, write_len);
  • read(fd, buf, readlen);
  • close(fd);
• 文件描述符：一个特殊的索引，用于标识被打开的文件或其他输入/输出资源。
• 进程：是计算机中已运行的程序实例。

open/close函数

// OPEN函数所需的头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>  
#include <fcntl.h>// OPEN函数原型
// 当文件存在时
int open(const char* pathname, int flags);// 当文件不存在，需要创建文件时
int open(const char* pathname, int flags, int perms);// 返回值
// 成功：返回文件描述符（一个非负整数）
// 失败：返回-1

// CLOSE函数所需的头文件
#include <unistd.h>

 完整例子：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h> int main() {int fd; // 声明文件描述符变量fd = open("./a.txt", O_RDONLY); // 以只读方式打开文件if (fd < 0) { // 如果打开文件失败printf("open error!!\n"); // 输出错误信息} else {// 这里可以添加代码来读取文件内容或进行其他操作}// 如果需要在文件打开成功后输出空行，可以在else分支中添加printf("\n");close(fd)return 0; // 程序正常结束
}

read和write函数

一、函数定义

1. read函数
   • 功能：从文件描述符指向的文件中读取数据。
   • 原型：ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
   • 参数：
     • fd：文件描述符，标识要读取的文件。
     • buf：指向存储读取数据的缓冲区的指针。
     • count：要读取的字节数。
   • 返回值：成功时返回读取的字节数（可能小于count），失败时返回-1。
2. write函数
   • 功能：向文件描述符指向的文件中写入数据。
   • 原型：ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
   • 参数：
     • fd：文件描述符，标识要写入的文件。
     • buf：指向包含要写入数据的缓冲区的指针。
     • count：要写入的字节数。
   • 返回值：成功时返回写入的字节数（可能小于count），失败时返回-1。

二、使用方法

• 在使用read和write函数之前，需要打开文件并获得文件描述符。
• 调用read函数时，应确保缓冲区足够大以存储读取的数据。
• 调用write函数时，应确保缓冲区中的数据是要写入文件的正确数据。
• 读取或写入操作完成后，应检查返回值以确定操作是否成功。

三、注意事项

• 当读取或写入的数据量较大时，可能需要多次调用read或write函数。
• 在读取或写入过程中，如果遇到错误（如文件结束、磁盘满等），read或write函数将返回-1，并设置errno以指示错误类型。
• 在使用完文件后，应关闭文件描述符以释放资源。

复制普通文件实验步骤：

1. 打开要复制的文件：
   • 使用适当的文件打开函数或方法，以只读模式打开源文件。
2. 创建新的文件：
   • 使用适当的文件创建函数或方法，以写模式创建一个新的目标文件。如果文件已存在，可以选择覆盖或报错。
3. 把源文件内容读到缓冲区，把缓冲区内容写入新文件：
   • 分配一个缓冲区来存储从源文件中读取的数据。
   • 使用文件读取函数或方法，从源文件中读取数据到缓冲区。
   • 使用文件写入函数或方法，将缓冲区中的数据写入到目标文件中。
4. 循环执行第三步，直到读取的字节数量为0，退出循环：
   • 重复执行第三步，直到文件读取函数或方法返回0，表示已经到达源文件末尾，没有更多的数据可以读取。
5. 关闭打开的文件：
   • 使用文件关闭函数或方法，关闭源文件和目标文件，释放资源。

代码：

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>#define BUFFER_SIZE 512int main(int argc, char *argv[]) {int fd1, fd2;ssize_t read_size;char buffer[BUFFER_SIZE];// 检查命令行参数数量if (argc != 3) {fprintf(stderr, "Usage: %s <source_file> <destination_file>\n", argv[0]);return EXIT_FAILURE;}// 打开源文件（只读）fd1 = open(argv[1], O_RDONLY);if (fd1 == -1) {perror("Error opening source file");return EXIT_FAILURE;}// 打开目标文件（写，如果文件不存在则创建）fd2 = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);if (fd2 == -1) {perror("Error opening destination file");close(fd1);return EXIT_FAILURE;}// 从源文件读取数据并写入目标文件while ((read_size = read(fd1, buffer, BUFFER_SIZE)) > 0) {if (write(fd2, buffer, read_size) != read_size) {perror("Error writing to destination file");close(fd1);close(fd2);return EXIT_FAILURE;}}// 检查read函数是否因为错误而返回-1if (read_size == -1) {perror("Error reading from source file");}// 关闭文件描述符close(fd1);close(fd2);return EXIT_SUCCESS;
}

标准I/O :

 

### C标准库实现了一个I/O缓存区
C标准库为了提高文件输入输出操作的效率，实现了一个I/O缓存区。在对文件进行读写操作时，数据不会立即写入磁盘或从磁盘读取，而是先在缓存区中进行处理。比如进行多次写入操作时，数据先存放在缓存区，等缓存区满或调用特定函数时才真正写入磁盘，这减少了磁盘I/O的次数，从而提升了性能。### 常见标准I/O函数
- **fopen**：用于打开一个文件，返回一个指向文件的指针（`FILE*`类型），它需要指定文件名和打开模式（如"r" 只读、"w" 只写、"a" 追加等）。例如 `FILE *fp = fopen("test.txt", "r");` 尝试以只读模式打开名为"test.txt"的文件。
- **fclose**：用于关闭一个已打开的文件，它接受一个文件指针作为参数，在文件操作完成后应及时调用该函数关闭文件，释放相关资源，如 `fclose(fp);`。
- **fread**：从文件流中读取数据到指定的内存区域。它接受目标内存地址、每个数据项的大小、数据项的数量以及文件指针作为参数，返回实际读取的数据项数量。例如 `size_t count = fread(buffer, sizeof(char), 100, fp);` 尝试从文件指针 `fp` 指向的文件中读取100个字符到 `buffer` 中。
- **fwrite**：将数据从指定的内存区域写入到文件流中。参数与 `fread` 类似，接受源内存地址、每个数据项的大小、数据项的数量以及文件指针作为参数，返回实际写入的数据项数量。
- **fseek**：用于改变文件流的读写位置指针。它接受文件指针、偏移量以及起始位置（如 `SEEK_SET` 从文件开头、`SEEK_CUR` 从当前位置、`SEEK_END` 从文件末尾）作为参数。例如 `fseek(fp, 0, SEEK_END);` 将文件指针移动到文件末尾。
- **fflush**：强制把I/O缓存区中的数据写入到页缓存区。当需要确保数据及时写入文件时，可调用此函数，比如在一些日志记录场景中，希望数据尽快落盘就可以使用 `fflush` 。