【Linux】基础 IO（一）

📝前言：

这篇文章我们来讲讲Linux——基础IO主要包括：

文件基本概念
回顾 C文件的操作
介绍系统关于文件的基本操作

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一，基本概念
- 1. 概念
- 2. 系统角度
二，C 文件的 IO
- 1. 打开操作
- 2. 写操作
- 3. 读操作
- 4. 默认打开的流
三，系统文件的 IO
- 1. 位标记传递
- 2 系统调用 open
- 3 读写的系统调用
- - 使用示例
  - 库函数和系统调用
- 4 文件描述符（重点）
- - 文件描述符的分配原则

一，基本概念

1. 概念

狭义：
- 文件在磁盘上
- 磁盘是永久性存储物质
- 磁盘是外设，即是输入设备，也是输出设备
- 对文件的操作，其实是对外设的输入和输出，称为 IO
广义：
- Linux 下⼀切皆文件
- 文件 == 内容 + 属性

2. 系统角度

对⽂件的操作本质是进程对⽂件的操作
硬件（如磁盘）的管理者是操作系统
⽂件的读写本质不是通过 C 语⾔ / C++ 的库函数来操作的（这些库函数只是为用户提供⽅便），底层是通过文件相关的系统调用接口来实现的

二，C 文件的 IO

1. 打开操作

fopen：

FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
- pathname：文件路径
- mode：打开方式
返回：
- 成功：返回文件指针
- 失败：返回NULL

这个FILE的类型是一个文件结构体，通过typedef来的。这是语言层的。

2. 写操作

写操作，在文件不存在的时候都会创建文件。

打开文件时的写入模式：

清空写w：清空文件内容，重新写
追加写a：在原来文件内容后面追加写

fwrite：

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
- 把ptr的数据写到stream
- size：每个数据项的大小，比如写int，siezeof(int)（就是4）
- nmemb：数据项的个数
返回：实际成功写入的数据项数量

注意：文件写入的时候不能写入'\0'，'\0'是C语言的东西，写入了以后是乱码

示例：

  5 // C 语言文件接口回顾6 int main()7 {8     FILE* fp1 = fopen("log1.txt", "w");9     FILE* fp2 = fopen("log2.txt", "a");10     if(fp1 == NULL) printf("log1.txt 打开失败\n");11     if(fp2 == NULL) printf("log2.txt 打开失败\n");12     char* str1 = (char *)"测试写入\n";13     fwrite(str1, strlen(str1), 1, fp1);14     fwrite(str1, strlen(str1), 1, fp2);15     fclose(fp1);16     fclose(fp2);17     return 0;18 }

当使用相对路径的时候，进程通过自己记录的自己工作路径CWD信息，知道新建的文件要放在哪里

运行结果：
在这里插入图片描述

3. 读操作

读操作，如果文件不存在会报错
fread：

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
- 不解释了，和fwrite的都一样，不一样的就是stream是读入的流，ptr是存储读入数据的地方。
- 在上一次读取结束后文件指针的位置继续读取。
返回：实际成功读取的数据项数量

示例：

 20 int main()21 {22     FILE* fp = fopen("log2.txt", "r");23     if(fp == NULL) printf("打开文件失败");24 25 26     char* str1 = (char *)"测试写入\n";27     char buff[1024];28     while(1)29     {30         // 这里每次读都是覆盖写buff的，但是我们及时打印出来                                                                                                                                                  31         int s = fread(buff, 1, sizeof(str1), fp); // 这里每次读一个char，方便后续设置 '\0'32         if(s > 0)33         {34             buff[s] = 0;35             printf("%s", buff);36         }37         if(feof(fp))38             break;39     }40     return 0;41 }

运行结果：
在这里插入图片描述

4. 默认打开的流

#include <stdio.h>
extern FILE *stdin;
extern FILE *stdout;
extern FILE *stderr;

C默认会打开三个输⼊输出流，分别是标准输入：stdin, 标准输出：stdout, 标准错误：stderr

三，系统文件的 IO

头文件：<unistd.h>

1. 位标记传递

利用位图进行标记位传递，假设，现有标记位：ONE : 0001，TWO：0010、THREE：0100

如果我们单独传入一个ONE就相当于传递了最低位的1。
如果我们希望传递第最低位的1和次低位的1，就可以传入ONE | TWO（通过获的方式）

2 系统调用 open

系统，通过系统调用open打开文件：
在这里插入图片描述

pathname：文件路径
falgs：选项（约等于C语言里面的打开模式），通过或|来实现传递多个选项【这个选项本质是宏实现的标记位】
常见选项：
- O_RDONLY：只读打开
- O_WRONLY：只写打开
- O_RDWR ：读，写打开
上面这三个常量，必须指定⼀个且只能指定⼀个。
其他选项
- O_CREAT ：若文件不存在，则创建它。需要使用mode选项（传入3个8进制数字），来指明新文件的访问权限。如果新建的时候，不传入，那对应的文件就是乱码【别忘了实际的权限要考虑umask的影响】
- O_TRUNC：清空写
- O_APPEND：追加写
返回值
- 成功：新打开的文件的文件描述符（系统通过这个来找到需要访问的文件）
- 失败：-1

3 读写的系统调用

在这里插入图片描述
write：

参数
- fd：文件描述符
- buf：指向：要写入的数据，的缓冲区指针
- count：要写入的字节数
返回
- 成功：实际写入的字节数
- 失败：-1，并设置errno
写入类型
- 对于系统而言，没有什么文本写入和二进制写入（这是语言层的概念）
- 你传什么指针，他就写什么，如果你原来数据是一个int a，指针传&a，则它就是按二进制写

在这里插入图片描述
read和write一样，只是这里是读到buf

其余close、 lseek接口类似C语言

使用示例

以写入为例：

 45 int main()46 {47     int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666); // 这个打开的效果就相当于 C 语言库函数的直接 mode 为 a48     const char* str = (char*)"hello world!\n";49     write(fd, str, strlen(str)); // 不写入 '\0'50     char fd_str[20];51     sprintf(fd_str, "%d\n", fd);  // 转换为文本52     write(fd, fd_str, strlen(fd_str));53     close(fd);54     return 0;55 }

通常如果是read，则open就是用带两个参数的

运行结果：
在这里插入图片描述

库函数和系统调用

语言层的文件结构体FILE里面会存储文件描述符fd，用于给下层的系统调用传递
C语言的库函数fwrite和fread其实都是对底层系统调用write和read的封装，在上层为用户提供便利。
C语言的库函数具有可移植性，但是系统调用没有
- 系统调用，如：Linux 的，用的是Linux这一套的。如果把代码移植到Windows或者其他操作系统就不行了
- C语言，C的fwrite和fread是对系统调用的封装，但是它不只封装一份操作系统的，它会实现多个操作系统的。后续根据自己在哪个操作系统上使用，通过条件编译（裁剪），来调用对应的系统接口