Linux标准I/O

linux-开发与管理 P9 标准I/O

系统调用

什么是系统调用？

用户程序向操作系统提出请求的接口称为系统调用。

所有的操作系统都会提供系统调用接口，只不过不同的操作系统提供的系统调用接口各不相同。

为什么要进行系统调用？

为了更好地服务于应用程序，因为操作系统负责管理和分配所有的计算机资源，所以操作系统提供了一组特殊的接口，通过这组接口，用户程序可以使用操作系统内核提供的各种功能，如分配内存、创建进程、实现进程之间的通信等。

为什么不直接访问计算机资源？

因为直接访问内存等资源是不安全的，当嵌入式系统有了操作系统之后，操作系统基本上都支持多任务，即同时可以运行多个程序，如果允许程序直接访问系统资源，肯定会带来很多问题；因此所有的软硬件资源的管理和分配都由操作系统负责，程序要获取资源必须通过操作系统来完成，即用户程序向操作系统发出服务请求，操作系统收到请求后执行相关的代码来处理。

系统调用了系统的哪些功能？

系统调用按照功能大致可分为进程控制、进程间通信、文件系统控制、存储管理、网络管理、套接字控制、用户管理等。

用户程序编程接口（API）

什么是API？

API就是用户程序编程接口，通俗的解释就是各种库中的函数；
为了提高开发效率，C库中实现了很多函数，这些函数实现了常用的的功能，供调用所用；
API在实现时，通常都要依赖系统调用接口，很多API函数需要通过多个系统调用来完成其功能，还有一些API函数不需要调用任何系统调用。

API的优势

系统调用可以访问各种资源，但实际开发中程序并不直接使用系统调用接口，而是使用用户程序编程接口（API）

优点

1. 系统调用口功能非常简单，无法满足程序的要求

2. 不同操作系统的系统调用接口不兼容，程序移植时工作量大

3. 而API程序具有良好的可移植性，几乎所有的操作系统上都实现了C库，所以程序通常只需要重新编译一下就可以在其他操作系统上运行。

POSIX标准

POSIX是用户程序编程接口（API）遵循了UNIX中最流行的应用编辑界面标准。

POSIX标准是由IEEE和ISO/IEC共同开发的标准系统，该标准基于当时的UNIX实践和经验，描述了操作系统的系统调用编程接口，用于保证应用程序可以在源代码一级上在多种操作系统上移植运行，具有更好的可移植性。

标准I/O概述

什么是标准I/O？

ANSI C中定义的用于I/O操作的一系列函数称为标准I/O。

具有更好的可移植性，只要操作系统中安装了C库，标准I/O函数就可以调用，源代码不需要修改就可以在其他操作系统下编译运行。

标准I/O文件类型
常规文件 r
目录文件 d
字符设备文件 c
块设备文件 b
管道文件 p
套接字文件 s
符号链接文件 l

流（stream）

当用标准I/O打开一个文件时，就会创建一个FILE结构体描述文件，把这个创建的FILE结构体称为流（stream），标准I/O都是基于流进行操作的。

流的缓冲类型

全缓冲：当填满标准I/O缓冲区后才进行实际I/O操作；标准I/O打开时是默认为全缓冲的，当缓冲区已满或执行flush操作时才会进行磁盘操作。
行缓冲：当在输入或输出中遇到换行符时执行I/O操作。
无缓冲：不对I/O操作进行缓冲，即在对流的读写时会立刻操作实际的文件。

文件与流的对比

文件：用一个结构体类型来存放打开的文件的相关信息
流：文本流/二进制流

标准I/O预定义的三个流

流名称	编号	函数名	表示
标准输入流	0	STDIN_FILENO	stdin
标准输出流	1	STDOUT_FILENO	stdout
标准错误流	2	STDERR_FILENO	stderr

标准I/O编程

流的打开与关闭

流的打开（fopen（））

所需头文件	#include
函数原型	FILE fopen(const char path,const char* mode)
函数参数	path:包含要打开的文件路径及文件名
	mode:文件打开方式
函数返回值	成功：指向FILE的文件
	失败：NULL

Mode的取值说明

r或rb	打开只读文件，该文件必须存在
r+或r+b	打开可读写的文件，该文件必须存在
w+或wb	打开只写文件，若文件存在则文件长度为0；若文件不存在则建立该文件（原先的内容不保留）
W+或w+b	打开可读写文件，若文件存在则文件长度为0；若文件不存在则建立该文件（原先的内容不保留）
a或ab	以附加的方式打开只写文件。若文件不存在，则会建立该文件；若果文件存在，写入的数据会被加到文件尾（原先的内容保留）
a+或a+b	以附加方式打开可读写的文件。若文件不存在，则会建立该文件；如果文件存在，写入的数据会被加到文件尾（原先内容保留）

文件权限

fopen（）创建的文件访问权限是0666（rw-rw-rw-）

Linux系统中umask设定会影响文件的访问权限，其规则为（0666&~umask）

Root用户是022，普通用户是002

用户可以通过umask函数或者命令修改相关设定

举个栗子

#include 

int main(int argc, const char *argv[])
{
	FILE *fp;
	if((fp = fopen("test.txt","r+")) == NULL){
		printf("fopen error\n");
		return -1;
	}
	return 0;
}

流的关闭（fclose（））

所需头文件	#include
函数原型	Int fclose(FILE *stream);
函数参数	Stream:已打开的流指针
函数返回值	成功：0
	失败：EOF

举个栗子

#include 

int main(int argc, const char *argv[])
{
	FILE *fp;
	fp = fopen("file.txt","w");

	fprintf(fp,"%s","hello cage!");
	fclose(fp);
	
	return 0;
}

流的读写

字符输入

所需头文件	#include
函数原型	int getc(FILE *stream) ;
	int fgetc(FILE *stream);
	int getchar(void);
函数参数	Stream:要输入的文件流
函数返回值	成功：读取的字符
	失败：EOF

字符输出

所需头文件	#include
函数原型	int putc(int c,FILE * stream);
	int fputc(int c,FILE *stream);
	int putchar(int c);
函数参数	Stream:要输入的文件流
函数返回值	成功:输出的字符
	失败：EOF

举个栗子

#include 

int main(int argc, const char *argv[])
{
	FILE *fp;
	int ch;

	fp = fopen("file.txt","w");
	for(ch = 1;ch <= 50;ch++){
		fputc(ch,fp);
	}
	fclose(fp);

	return 0;
}

#include 

int main(int argc, const char *argv[])
{
	FILE *fp;
	int c;

	fp = fopen("file.txt","r");
	while(1){
		c = fgetc(fp);
		if(feof(fp)){
			break;
		}
		printf("%c",c);
	}
	fclose(fp);
	return 0;
}

feof（测定流结束标识符）

检测当前文件是否检测到了结束的标识符

所需头文件	#include
函数原型	int feof(FILE *stream)
函数参数	Stream:要输入的文件流
函数返回值	成功:输出的字符
	失败：EOF

---

按行输入

所需头文件	#include
函数原型	Char * gets(char *s);
	Char * fgets(char *s,int size,FILE * stream);
函数参数	S:存放输入字符串的缓冲区首地址
	Size:输入的字符串长度
	Stream:对应的流
函数返回值	成功：返回s
	失败：NULL

按行输出

所需头文件	#include
函数原型	Int puts(const char *s);
	Int fputs(const char *s,FILE * stream);
函数参数	S:存放输出字符串的缓冲区首地址
	Stream:对应的流
函数返回值	成功：s
	失败: NULL

---

单位大小读文件

所需头文件	#include
函数原型	Size_t fread(void * ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *stream);
函数参数	Ptr:存放读入记录的缓冲区
	Size：读取的每个记录的大小
	Nmemb：读取的记录数
	Stream：要读取的文件流
函数返回值	成功：返回实际读取到的nmemb数目
	失败：EOF

单位大小写文件

所需头文件	#include
函数原型	Size_t fwrite（const void * ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *stream m）;
函数参数	Ptr:存放写入记录的缓冲区
	Size：写入的每个记录的大小
	Nmemb：写入的记录数
	Stream：要写入的文件流
函数返回值	成功：返回实际写入的nmemb数目
	失败：EOF

举个栗子

#include 
#include 

int main(int argc, const char *argv[])
{
	FILE *fp;
	char c[] = "fread and fwrite test";
	char buf[20];

	fp = fopen("file.txt","w+");
	fwrite(c,strlen(c)+1,1,fp);
	fseek(fp,0,SEEK_SET);

	fread(buf,strlen(c)+1,1,fp);
	printf("%s\n",buf);
	fclose(fp);

	return 0;
}

fseek查找文件的开头

---

格式化输入

所需头文件	#include
函数原型	Int scanf(const char *format,…);
	Int fscanf(FILE *fp,const char *format,…);
	Int sscanf(char *buf,const char *format,…);
函数参数	Format:输入的格式
	Fp:作为输入的流
	Buf:作为输入的缓冲区
函数返回值	成功：输出字符数
	失败：EOF

格式化输出

所需头文件	#include
函数原型	Int printf(const char *format,…);
	Int fprintf(FILE *fp,const char *format,…);
	Int sprintf(char *buf,const char *format,…);
函数参数	Format:输出的格式
	Fp:作为输出的流
	Buf:作为输出的缓冲区
函数返回值	成功：输出字符数
	失败：EOF

错误处理

标准I/O函数执行时如果出现错误，会把错误码保存在全局变量errno中，可以通过相应的函数将错误打印出来。

perror函数

所需头文件	#include
函数原型	Void perror*(const char *s);
函数参数	S:在标准错误流上输出的信息
函数返回值	无

strerror函数

所需头文件	#include
	#include
函数原型	Void *strerror(int errnum);
函数参数	错误码
函数返回值	错误码对应的错误信息

举个栗子

#include 
#include 
#include 

extern int errno;

int main(int argc, const char *argv[])
{
	FILE *pf;
	int errnum;
	pf = fopen("file.txt","rb");
	if(pf == NULL){
		errnum = errno;
		fprintf(stderr,"错误号：%d\n",errno);
		perror("通过perror输出错误");
		fprintf(stderr,"打开文件错误：%s\n",strerror( errnum ));
	}else{
		fclose(pf);
	}
	return 0;
}

流的定位

每个打开的流内部都有一个当前读写位置，流在打开时，当前读写位置为0，表示文件的开始位置。每读写一次后，当前读写位置自动增加实际读写的大小。在读写之间可先对流进行定位，即移动到指定的位置再操作。

移动到指定位置

所需头文件	#include
函数原型	Int fseek(FILE * stream,long offset,int whence);
函数参数	Stream:要定位的文件流
	Offset:相对于基准值的偏移量
	Whence:基准值 SEEK_SET:代表文件的起始位置 SEEK_END:代表文件结束位置 SEEK_CUR:代表文件当前读写位置
函数返回值	成功：0
	失败：EOF

获取当前的定位

所需头文件	#include
函数原型	Long ftell(FILE * stream);
函数参数	Stream:要定位的文件流
函数返回值	成功:返回当前的读写位置
	失败：EOF

举个栗子

#include 

int main(int argc, const char *argv[])
{
	FILE *fp;
	fp = fopen("file.txt","w+");
	fputs("fseek just test now",fp);

	fseek(fp,6,SEEK_SET);
	fputs("C is Programming Langauge",fp);
	fclose(fp);

	return 0;
}

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