【嵌入式开发之标准I/O】文件I/O的基本概念，打开、关闭、定位函数及实例

文件I/O和标准I/O

什么是文件I/O?什么是标准I/O?

• 文件I/O：文件I/O又称系统IO，系统调用，称之为不带缓存的IO（unbuffered I/O)。是操作系统提供的API接口函数。不带缓存指的是每个read，write都调用内核中的一个系统调用。也就是一般所说的低级I/O——操作系统提供的基本IO服务，与os绑定，特定于linix或unix平台。

• 标准I/O：标准I/O是ANSI C建立的一个标准I/O模型，是一个标准函数包和stdio.h头文件中的定义，具有一定的可移植性。标准I/O库处理很多细节。例如缓存分配，以优化长度执行I/O等。标准的I/O提供了三种类型的缓存。

  （1）全缓存：当填满标准I/O缓存后才进行实际的I/O操作。 
  （2）行缓存：当输入或输出中遇到新行符时，标准I/O库执行I/O操作。 
  （3）不带缓存：stderr就是了。

文件I/O和标准I/O的区别 

文件I/O 又称为低级磁盘I/O，遵循POSIX相关标准。任何兼容POSIX标准的操作系统上都支持文件I/O。标准I/O被称为高级磁盘I/O，遵循ANSI C相关标准。只要开发环境中有标准I/O库，标准I/O就可以使用。（Linux 中使用的是GLIBC，它是标准C库的超集。不仅包含ANSI C中定义的函数，还包括POSIX标准中定义的函数。因此，Linux 下既可以使用标准I/O，也可以使用文件I/O）。

通过文件I/O读写文件时，每次操作都会执行相关系统调用。这样处理的好处是直接读写实际文件，坏处是频繁的系统调用会增加系统开销，标准I/O可以看成是在文件I/O的基础上封装了缓冲机制。先读写缓冲区，必要时再访问实际文件，从而减少了系统调用的次数。

文件I/O中用文件描述符表现一个打开的文件，可以访问不同类型的文件如普通文件、设备文件和管道文件等。而标准I/O中用FILE（流）表示一个打开的文件，通常只用来访问普通文件。

文件I/O：文件描述符

文件描述符不是指针，与标准IO FILE *fp不同，文件描述符是一个非负整数。 

• 每个打开的文件都对应一个文件描述符。
• 文件描述符是一个非负整数。
• Linux为程序中每个打开的文件分配一个文件描述符。
• 文件描述符从0开始分配，依次递增，每个3-1023的数字表示一个文件，数字不同，表示的文件不同，前三个被0-标准输入，1-标准输出，2-错误占用。
• 文件IO操作通过文件描述符来完成。

文件I/O和标准I/O使用的函数 

	标准I/O	文件I/O（低级I/O）
打开	fopen,freopen,fdopen	open
关闭	fclose	close
读	getc,fgetc,getchar fgets,gets fread	read
写	putc,fputc,putchar fputs,puts, fwrite	write

文件I/O打开函数：open()

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags); //不能创建文件
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

主要功能

open函数用来创建或打开一个文件。

返回值

 成功时返回文件描述符；出错时返回EOF

• 打开文件时使用两个参数，不可创建文件
• 创建文件时第三个参数指定新文件的权限，（只有在建立新文件时有效）此外真正建文件时的权限会受到umask 值影响，实际权限是mode-umaks
• 可以打开设备文件，但是不能创建设备文件（创建设备文件用mknode）

参数介绍

 与标准I/O的权限对照（普通用户）

标准I/O	文件I/O
r	O_RDONLY
r+	O_RDWR
w	O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664
w+	O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0664
a	O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0664
a+	O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND, 0664

umask ：用来设定文件或目录的初始权限

文件和目录的真正初始权限

文件或目录的初始权限（0664） = 文件或目录的最大默认权限（0666） - umask权限（0002）

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main(int argc, const char *argv[])
{	int fd;fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);if (fd < 0) {printf("open file err\n");return 0;}printf("success\n");return 0;
}

文件I/O关闭函数：close()

 #include  <unistd.h>int  close(int fd);

主要功能

close函数用来关闭一个文件。

返回值

成功时返回0；出错时返回EOF

打开和关闭函数实例代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, const char *argv[])
{	int fd;int ret;fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);if (fd < 0) {printf("open file err\n");return 0;}printf("success, fd = %d\n", fd);if ((ret = close(fd)) < 0) {printf("close failed\n");}ret = close(fd);printf("close failed\n");return 0;
}

运行结果 

success, fd = 3
close failed

文件I/O读取函数：read()

 #include  <unistd.h>ssize_t  read(int fd, void *buf, size_t count);

主要功能

 read函数用来从文件中读取数据

• 读到文件末尾时返回0
• buf是接收数据的缓冲区
• count不应超过buf大小

返回值

成功时返回实际读取的字节数；出错时返回EOF 

文件I/O写入函数：write()

 #include  <unistd.h>ssize_t  write(int fd, void *buf, size_t count);

主要功能

write函数用来向文件写入数据

• buf是发送数据的缓冲区
• count不应超过buf大小

返回值

成功时返回实际写入的字节数；出错时返回EOF

文件I/O定位函数：lseek()

 #include  <unistd.h>off_t  lseek(int fd, off_t offset, intt whence);

主要功能

lseek函数用来定位文件，参数offset和参数whence同fseek完全一样。参见：【嵌入式开发之标准I/O】流的刷新、定位以及格式化输出、输入

返回值

成功时返回当前的文件读写位置；出错时返回EOF

文件I/O读取、写入和定位函数实例代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main(int argc, const char *argv[])
{int fd;int ret;char buf[32] = "hello word";char buf2[32] = {0};//打开文件fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND, 0666);if (fd < 0) {printf("open file err\n");return 0;}printf("success, fd = %d\n", fd);//写入数据if ((ret = write(fd, buf, strlen(buf))) < 0) {perror("write");goto end;}printf("write count = %d\n", ret);//定位文件到开头lseek(fd, 0, SEEK_SET);//读取文件if (( ret = read(fd, buf2, 32)) < 0) {perror("read");goto end;}printf("read count = %d\n", ret);buf2[31] = 0;printf("buf2 = %s\n", buf2);end:close(fd);return 0;
}

运行结果

success, fd = 3
write count = 10
read count = 10
buf2 = hello word