Linux一学就会——系统文件I/O

Linux一学就会——系统文件I/O

有几种输出信息到显示器的方式

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{const char *msg = "hello fwrite\n";fwrite(msg, strlen(msg), 1, stdout);printf("hello printf\n");fprintf(stdout, "hello fprintf\n");return 0;
}

这三种都可以输出到屏幕上

是不是有很多疑问fwrite中的“1”和“stdout”到底是什么意思呢？
别急且听我慢慢讲来~

操作系统如何写、读文件

我再写一个程序，先利用系统接口open打开或者创建一个只写的文件“myfile”，然后我们在利用系统接口write把我想输出的信息（一个字符串指针msg）输入到fd所指的文件（ myfile ）中，之后打开myfile就可以看到我们输入的信息了。

int main()
{umask(0);//掩码清楚，不然你没法给下面open的文件设置权限，不用清除，因为只在本进程有效。int fd=open("myfile",O_WRONLY|O_CREAT,0666);if(fd<0){perror("open");exit(1);//return 1;}int count=5;const char *msg="hello,tom!~\n";while(count--){write(fd,msg,strlen(msg));//msg：缓冲区首地址,这里不能用sizeof（msg），因为msg是指针，他的长度（32位）是4个字节，所以要用strlen。//sleep(1);//<unistd.h>}close(fd);return 0;
}

cat这个文件myfile，输出字符串。

当我把fd给成1的时候，再运行程序，直接打印到了屏幕上。


发现没有？1其实就是stdout

再来做一个实验

int main()
{int fd = open("myfile", O_RDONLY);if (fd < 0){perror("open");return 1;}const char *msg = "hello tom!\n";char buf[1024];while (1){ssize_t s = read(fd, buf, strlen(msg)); // 类比write,就是把fd的内容读到buf中if (s > 0){printf("%s", buf);}else{break;}}close(fd);return 0;
}

我再把fd给成0试一下。

int main()
{int fd = open("myfile", O_RDONLY);if (fd < 0){perror("open");return 1;}const char *msg = "hello tom!\n";char buf[1024];while (1){ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf)); // 类比write,就是把fd的内容(myfile的内容)读到buf所指的文件中if (s > 0){printf("%s", buf);}else{break;}}close(fd);return 0;
}

得到一下的结果，输入什么，按下回车就会立马输出到屏幕上。

stdin & stdout & stderr

C默认会打开三个输入输出流，分别是stdin, stdout, stderr
仔细观察发现，这三个流的类型都是FILE*, fopen返回值类型，文件指针

其实经过刚刚的读写实验可以得出他们的fd： stdin=0，stdout=1，那么stderr=2就可以退出来了。

接口介绍

open

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
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，用下面的一个或者多个常量进行“或”运算，构成flags。
参数:
O_RDONLY: 只读打开
O_WRONLY: 只写打开
O_RDWR : 读，写打开
这三个常量，必须指定一个且只能指定一个
O_CREAT : 若文件不存在，则创建它。需要使用mode选项，来指明新文件的访问权限
O_APPEND: 追加写
返回值：
成功：新打开的文件描述符
失败：-1

mode_t理解：直接man 手册，比什么都清楚。
open 函数具体使用哪个，和具体应用场景相关，如目标文件不存在，需要open创建，则第三个参数表示创建文件
的默认权限,否则，使用两个参数的open。
举个例子：

这个hello的mode=0x755

write read close lseek ,类比C文件相关接口。

系统调用：open close read write lseek 都属于系统提供的接口，称之为系统调用接口。
库函数：fopen fclose fread fwrite 都是C标准库当中的函数，我们称之为库函数（libc）。

这张图就可以很清晰地描述系统接口和库函数。

其实就是我们所用的这些库函数就是对系统调用的二次封装（不光是c/c++,全部的语言都是这样子对系统调用进行封装）
文件描述符fd
通过上述，可以知道fd就是一个整数，但是什么数据结构可以让我们和整数联结在一起呢？
没错就是数组

我们在自定义一个文件，这个文件的fd就会使3了。依次增加，也会慢慢增加。

Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符，分别是标准输入0， 标准输出1， 标准错误2.
0,1,2对应的物理设备一般是：键盘，显示器，显示器
所以输入输出还可以采用如下方式：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
int main()
{
char buf[1024];
ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf));
if(s > 0){
buf[s] = 0;
write(1, buf, strlen(buf));
write(2, buf, strlen(buf));
}
return 0;
}

就可以打印出你输入的内容到屏幕上（两行），一个是out的，一个是err的。

而现在知道，文件描述符就是从0开始的小整数。当我们打开文件时，操作系统在内存中要创建相应的数据结构来
描述目标文件。于是就有了file结构体。表示一个已经打开的文件对象。而进程执行open系统调用，所以必须让进
程和文件关联起来。每个进程都有一个指针*files, 指向一张表files_struct,该表最重要的部分就是包涵一个指针数
组，每个元素都是一个指向打开文件的指针！所以，本质上，文件描述符就是该数组的下标。所以，只要拿着文件
描述符，就可以找到对应的文件

但是有一个规则：发现是结果是： fd=0 或者fd=2 关闭一个，文件描述符的分配规则：在files_struct数组当中，找到当前没有被使用的最小的一个下标，作为新的文件描述符。关闭的原功能就会消失。