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【文件I/O】文件持久化

这篇文章详细讲解的是 理解在Linux操作系统中输入/输出(I/O)编程与文件操作的关系。

在计算机编程中,输入/输出编程(I/O 编程) 是一个重要的概念,指的是通过程序与外部世界(如用户输入、文件、设备等)进行数据交换的过程。文件操作是 I/O 编程中最常见的应用场景之一,通过文件操作可以对数据进行持久化存储

这篇文章也是I/O编程的最为基础的知识,我将会从 I/O 编程文件的分类与文件相关的 I/O 操作持久化数据的实现 等方面展开说明。

输入/输出编程的基础

什么是 I/O?

  • input 输入:将外部数据输入到程序中,例如键盘输入、文件读取、网络数据接收等。
  • output 输出:将程序数据输出到外部,例如打印到屏幕、写入文件、发送网络数据等。

I/O 的作用

  • I/O 编程的核心任务是 将程序的操作作用于某种 I/O 对象(如文件、设备、网络接口等)
  • 文件 是最常见的 I/O 对象之一,程序通过文件 I/O 操作实现数据的存储和读取。

I/O 编程中的“文件”

  • 在操作系统中,“文件”是一个广义的概念,指的是可以进行数据存储的抽象对象。
  • I/O编程 中的文件不仅仅指磁盘上的普通文本文件,还包括设备文件、管道文件、网络文件等。
文件的分类(7种文件类型)

在 Linux 操作系统中,文件分为以下几种类型:

文件类型描述
普通文件 -常见的文本文件、二进制文件、源代码文件等。
目录文件目录本质上也是一种文件,存储了目录下的文件列表及其元数据。
链接文件指向另一个文件的引用,可以是软链接(符号链接)或硬链接。
设备文件表示硬件设备,包括字符设备(如键盘)和块设备(如磁盘)。
管道文件用于进程间通信的文件,分为命名管道(FIFO)和匿名管道。
套接字文件用于网络通信的文件,表示网络连接的端点。
内存映射文件文件与内存直接映射,用于高效的文件读取和写入操作。
  • 文件的广义理解:
    • 本质:在 Linux 中,所有可以进行 I/O 操作的对象都可以看作文件。
    • 统一接口:文件、设备、网络等都可以通过统一的文件描述符和 I/O 系统调用进行访问。
对文件进行 I/O 操作

文件 I/O 的概念:
文件 I/O 指的是通过编程对文件进行 读(Read)写(Write) 的操作。通过文件 I/O,可以实现数据的持久化存储、文件内容的处理等。

文件 I/O 的基本操作
文件操作通常包括以下步骤:

  1. 打开文件:通过 open()fopen() 打开文件,获取文件描述符或文件指针。
  2. 读写文件
    • 读取文件:通过 read()fread() 从文件中获取数据。
    • 写入文件:通过 write()fwrite() 将数据写入文件。
  3. 关闭文件:通过 close()fclose() 关闭文件,释放资源。

文件操作的示例
使用 C 语言实现文件 I/O 操作:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {// 打开文件进行写入FILE *file = fopen("example.txt", "w");if (file == NULL) {perror("Error opening file");return 1;}// 写入数据fprintf(file, "Hello, world!\n");fprintf(file, "This is a test file.\n");// 关闭文件fclose(file);// 打开文件进行读取file = fopen("example.txt", "r");if (file == NULL) {perror("Error opening file");return 1;}// 读取数据char buffer[256];while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {printf("%s", buffer);}// 关闭文件fclose(file);return 0;
}
  • 文件 I/O 的作用:
    • 数据存储:将程序运行过程中产生的数据存储到文件中,便于后续使用。
    • 数据读取:从外部文件中加载数据到程序中,作为程序的输入。
    • 数据共享:通过文件在不同程序间传递数据。
将数据保留(文件持久化)

什么是持久化?
持久化是指 将程序中的数据保存到外部存储介质(如磁盘文件)中,以便程序退出后数据仍然可以被访问

文件 I/O 和数据持久化的关系:

  • 文件 I/O 是实现数据持久化的主要手段。
  • 程序通过文件操作将数据写入文件,实现对数据的长期保存。

示例程序:将用户输入的数据保留到文件
任务:读取用户输入并将其保存到文件中:

#include <stdio.h>int main() {// 打开文件进行追加写入FILE *file = fopen("log.txt", "a");if (file == NULL) {perror("Error opening file");return 1;}// 获取用户输入并写入文件char input[256];printf("Enter some text: ");fgets(input, sizeof(input), stdin);fprintf(file, "%s", input);// 关闭文件fclose(file);printf("Data saved to log.txt\n");return 0;
}
  • 输入/输出编程的本质
    • I/O 编程的目标是将程序的 I/O 功能作用于某种 I/O 对象(如文件)。
    • 文件是 I/O 编程的核心对象之一,通过文件操作可以实现数据的持久化和共享。
  • 文件的种类
    • 文件在 Linux 中有广义的定义,包括普通文件、设备文件、管道文件等。
  • 文件操作的意义
    • 文件 I/O 编程 是通过系统调用或库函数对文件进行读取和写入操作。
    • 文件 I/O 是实现数据持久化的主要手段,可以将程序运行时的数据保留到文件中。
  • 文件 I/O 编程的应用场景
    • 数据存储:如配置文件、数据库文件。
    • 数据读取:如加载程序输入、日志文件读取。
    • 数据共享:如通过文件在程序之间传递信息。

通过输入/输出编程,程序可以高效地操作文件,实现数据的保存和共享,从而扩展程序的功能和应用范围。

以上。仅供学习与分享交流,请勿用于商业用途!转载需提前说明。

我是一个十分热爱技术的程序员,希望这篇文章能够对您有帮助,也希望认识更多热爱程序开发的小伙伴。
感谢!

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