Linux高级编程 8.13 文件IO

一、文件IO

操作系统为了方便用户使用系统功能而对外提供的一组系统函数。称之为 系统调用（unistd.h）  其中有个  文件IO，一般都是对设备文件操作,当然也可以对普通文件进行操作。

这是一个基于Linux内核的没有缓存的IO机制

文件IO特性：
        .1 没有缓冲区
        .2 操作对象不在是流，而是文件描述符
        .3文件描述符
        很小的非负的整数    int   0-1023
        内核每打开一个文件就会获得一个文件描述符
        
          每个程序在启动的时候操作系统默认为其打开
          三个描述符与流对象匹配：
          0 ==>STDIN_FILENO === stdin
          1 ==>STDOUT_FILENO == stdout
          2 ==>STDERR_FILENO == stderr
          stdin,stdout,stderr,===>FILE*（标准IO）

注意：由于0,1,2被这三个描述符占了，所以我们写的文件描述符一般从3开始。

比较标准IO：
        .1标准IO是C库中的，C库相比于系统调用，具有可移植性，也就是可以跨平台
        .2标准IO提供了缓冲机制，例如全缓冲、行缓冲和无缓冲。
        .3标准IO所使用函数，如fopen，fgets，fclose等，文件IO使用open，read，write，close等
        .4标准 I/O 主要处理与标准输入、输出和标准错误相关的流。文件 I/O 可以处理各种文件，包括普通文件、设备文件等。

二、相关函数

1.open

int open(const char *pathname, int flags,int mode);
        功能:获得一个文件描述符
        参数:
            pathname:文件名
            flags:
                O_RDONLY    只读
                O_WRONLY   只写
                O_RDWR       读写
                O_CREAT       创建文件 
                O_TRUNC      文件内容清空
                O_APPEND    追加

fopen与open对比
w                 O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC
w+               O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC
r                   O_RDONLY
r+                 O_RDWR
a                  O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND
a+                O_RDWR|O_CREAT|O_APPEND

        返回值:
            成功返回文件描述符
            失败返回-1

eg：open("1.c",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666 );

最后的0666是权限，与O_CREAT相对应，有创建就需要设置权限

注意：0666的前导零是不能省略的，这标志着0666是八进制，同时在创建目录和文件时，系统会与默认的umask（0002）相减，以便控制新建目标和文件有合理的权限。一般新建文件设置权限为0666，新建目录设置权限为0777；由于与umask相减，所以查看时，文件的权限会变成664（rw-rw-r--），目录权限会变成775（rwx rwx r-x）

2.write

ssize_t write(int fd,  const  void *buf, size_t count);
        功能:通过文件描述符向文件中写一串数据
        参数:
            fd:文件描述符
            buf:要写入文件的字符串的首地址
            count:要写入字符串的实际长度

eg：

char buf[512]="hello";

write(fd,buf,strlen(buf));

注意：在write函数中count应该写buf里的字符串实际有效长度，这里使用了strlen计算字符串的长度，不能用sizeof(buf)，因为sizeof计算出来的是所占空间的大小，是512字节，但是hello只有5字节，剩下的五百多字节就会补'\0'，但文本文件中是不能有'\0'的。

        返回值:
            成功返回实际写入的个数
            失败返回-1

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, const char *argv[])
{int fd=open("open.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);if(fd==-1){fprintf(stderr,"open error\n");return 1;}printf("fd is %d\n",fd);//打印文件描述符char buf[512]="bullish of shit";int ret=write(fd,buf,strlen(buf));if(ret==-1){fprintf(stderr,"write error\n");return 1;}close(fd);return 0;
}

3.read

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
        功能:通过文件描述符读取文件中的数据
        参数:
            fd:文件描述符
            buf:存放数据空间的首地址
            count:要读到数据的个数

注意：在read函数中count的值可以比实际的有效长度长，可以使用sizeof(buf)。     

        返回值:
            成功返回读到数据的个数
            失败返回-1
            读到文件结尾返回0

#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=open("open.txt",O_RDONLY);if(fd==-1){fprintf(stderr,"open error\n");return 1;}printf("fd is %d\n",fd);char buf[512]={0};while(1){int ret=read(fd,buf,sizeof(buf));if(ret<=0){break;}printf("%s\n",buf);}close(fd);return 0;
}

4.lseek

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
        功能:定位光标的位置
        参数:
            fd:文件描述符
            offset:偏移量
                        正:向后偏移
                        负:向前偏移
                        零:不偏移
            whence:
                SEEK_SET
                SEEK_CUR
                SEEK_END
        返回值:
            成功返回偏移量，从文件开头开始，以字节为单位测量?
            失败返回-1

通过lseek可以求文件大小

off_t off=lseek(fd,0,SEEK_END);

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main(int argc, char *argv[])
{int fd = open("backup.c",O_RDWR);    if(-1 == fd){fprintf(stderr,"open error\n");return 1;}off_t off = lseek(fd,15,SEEK_SET);printf("off %ld\n",off);char buf[]="hello";write(fd,buf,strlen(buf));printf("fd is %d\n",fd);close(fd);return 0;
}

5.fileno

int fileno(FILE *stream);
功能:
    获得一个文件流指针中的文件描述符
    可以认为是将文件流变为文件描述符  FILE* fp -> int fd
参数:
    stream:文件流指针
返回值:
    成功返回文件描述符
    失败返回-1

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, const char *argv[])
{FILE * fp=fopen("1.txt","r");int fd=fileno(fp);if(-1==fd){fprintf(stderr,"flieno error\n");return 1;}char buf[512]={0};read(fd,buf,sizeof(buf));printf("%s\n",buf);fclose(fp);return 0;
}

6.fdopen

 FILE *fdopen(int fd, const char *mode);
 功能:
    将文件描述符转化为文件流指针  int fd -> FILE *fp
 参数:
    fd:已经打开的文件描述符
    mode:  "r"
                "r+"
                "w"
                "w+"
                "a"
                "a+"

注意：原来的权限是O_RDONLY，对应"r"，不能修改     

 返回值:
    成功返回文件流指针
    失败返回NULL 

注意：fileno和fdopen使用封装度高的关闭文件，即fclose(); 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>int main(int argc, const char *argv[])
{int fd=open("1.txt",O_RDONLY);FILE *fp=fdopen(fd,"r");if(NULL==fp){fprintf(stderr,"fdopen error\n");}char buf[512]={0};fgets(buf,sizeof(buf),fp);printf("%s",buf);fclose(fp);return 0;
}

三、重点

open、read、write

使用read、write函数实现文件复制

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if(argc<3){fprintf(stderr,"usage:./a.out srcfile destfile\n");return 1;}int src=open(argv[1],O_RDONLY);int dest=open(argv[2],O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);if(src==-1 || dest==-1){fprintf(stderr,"open error\n");return 1;}printf("src is %d\n",src);printf("dest is %d\n",dest);while(1){char buf[512]={0};int ret=read(src,buf,sizeof(buf));if(ret<=0){break;}write(dest,buf,ret);}close(src);close(dest);return 0;
}