Linux基础IO

目录

C文件IO相关操作

介绍函数

文件相关系统调用接口

接口介绍

fd文件描述符

重定向

缓冲区

inode

软硬链接

动静态库

库的制作

制作静态库

制作动态库 

使用库

使用静态库

使用动态库

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C文件IO相关操作

介绍函数

打开文件

参数介绍：

        const char* path：文件路径+文件名

        const char* mode：打开的方式；

打开方式有大致有下类型（并不全面）。

向文件写入

 参数说明：

        const void* ptr：这是指向要被写入的元素数组的指针。

        size_t size：这是要被写入的每个元素的大小，以字节为单位。

        size_t nmemb：这是元素的个数，每个元素的大小为 size 字节。

        FILE* stream：这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象指定了一个输出流。

返回值：如果成功，该函数返回一个 size_t 对象，表示元素的总数，该对象是一个整型数据类型。如果该数字与 nmemb 参数不同，则会显示一个错误。

读出文件数据

 参数介绍：

        void* ptr： 这是指向带有最小尺寸 size*nmemb 字节的内存块的指针。

        size_t size： 这是要读取的每个元素的大小，以字节为单位。

        size_t nmemb ：这是元素的个数，每个元素的大小为 size 字节。

        FILE* stream ： 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象指定了一个输入流。

返回值：成功读取的元素总数会以 size_t 对象返回，size_t 对象是一个整型数据类型，表示读到了多少元素个数。如果总数与 nmemb 参数不同，则可能发生了一个错误或者到达了文件末尾。

移动文件位置

参数介绍：

        FILE* stream ： 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了流。

        long offset ： 这是相对 whence 的偏移量，以字节为单位。

        int whence : 这是表示开始添加偏移 offset 的位置。它一般指定为下列常量之一：

SEEK_SET	文件的开头
SEEK_CUR	文件指针的当前位置
SEEK_END	文件的末尾

 返回值：如果成功，则该函数返回零，否则返回非零值。

关闭文件

参数介绍：

        FILE* fp：  这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了流。

返回值：如果流成功关闭，则该方法返回零。如果失败，则返回 EOF。

下边的代码将上述几个接口联合起来使用

#include 
int main(){
   //关闭文件
   FILE* fd = fopen("./bite","w+");

   //向文件写入
   char msg[] = "linux so easy!\n";
   size_t w = fwrite(msg, sizeof(char), sizeof(msg), fd);
   
   //调整文件位置
   fseek(fd, 0, SEEK_SET);
   
   //读取文件
   char* buffer[1024];
   size_t r = fread(buffer, sizeof(char),sizeof(buffer),fd);
   if(r > 0){                                                                                                                              
      printf("%s",buffer);
   }

   //关闭文件
   fclose(fd);
   return 0;
}

文件相关系统调用接口

接口介绍

打开文件

参数介绍

        const char* pathname：要打开或创建的目标文件

        int 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

         mode_t mode： 文件权限。（对于一个已经存在的文件，参数mode是没有用的，通常将其省略，因此这种情况下open调用只需两个参数。）

返回值：

        成功：新打开的文件描述符

        失败：-1

向文件写入

参数介绍：

         int fd：文件描述符

        const void* buf：指定写入数据的数据缓冲区

        size_t count：指定写入的字节数

返回值：

        成功：return 已写的字节数

        失败：-1

        return 0;（未写入任何数据）

读出文件数据

参数介绍：

        int fd：文件描述符

        void* buf：指定读入数据的数据缓冲区

        size_t count： 指定读入的字节数

返回值：

         成功：已读的字节数

         0：未读入任何数据

        -1：出错

移动文件位置

 参数介绍：

        int fd：文件描述符

        off_t offset：偏移量，单位是字节

        int whence：用于定义参数 offset 偏移量对应的参考值，该值需使用如下几个宏定义

SEEK_SET：文件的读写偏移量位于文件开头偏移offset的位置

SEEK_CUR：当前位置偏移量＋offset字节就是读写偏移量的位置。这里需要注意的是offset可以为正值也可以为负值。如果为正值，则表示当前位置偏移量往后移offset就是读写偏移量的位置；如果为负值，则表示当前位置偏移量往前移offset就是读写偏移量的位置。

SEEK_END:文件末尾＋offset字节就是读写偏移量的位置。offset的值也可以为正值或负值。

返回值

        成功：当前读写位置相对于文件头部起始位置的偏移量

        失败：return (offset - 1)

简单示例

off_t = lseek(fd, 0, SEEK_SET); //将读写位置放在文件的开头

off_t = lseek(fd, 100, SEEK_CUR); //将读写位置设为当前位置向后偏移100个字节的位置

off_t = lseek(fd, 0, SEEK_END); //将读写位置放在文件的末尾

关闭文件

参数介绍：

        int fd：文件描述符

返回值

        成功：return 0

        失败：return -1

下边代码将上述系统接口综合起来使用：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(){
    //打开文件
   int fd = open("./bite", O_RDWR | O_CREAT, 0664 );
   const char* msg="i like linux!\n";
   //写入数据
   write(fd, msg, strlen(msg));
 
   //调整文件位置
   lseek(fd, 0, SEEK_SET);//将读写位置放在文件的开头;
 
   char buffer[1024];
   //写入数据
   ssize_t s = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);                                                                     
   if(s > 0){
     buffer[s] = 0;
     printf("%s",buffer);
   }
   
   //写入数据
   close(fd);
 
   return 0;
 }

fd文件描述符

所有文件操作，表现上都是进程执行对应函数。操作文件必须首先打开文件，也就是先把文件加载到内存中。而系统中存在大量的进程，可能存在更多打开的文件。OS需要在内存（系统中）将这些打开的文件管理起来。OS存在struct file{}；的结构体描述这些被打开的文件

下图描述了系统如何管理文件系统

文件描述符的分配规则，给新文件分配的fd，是从fd_array中找一个最小的且没有被使用的fd作为其新分配的fd

重定向

 fgets是语言层面的读取函数，其底层也是用了系统标准输入接口。其中写死了只能对0号文件描述符进行读取操作。而现在上边的代码将0号文件描述符给了新的文件。故，该程序将读出log.txt文件中的内容。这里完成了输出重定向。

输出结果如下

上述代码是为了更清楚了解重定向的过程。其实系统给我们提供了更方便的系统接口函数。

 dup2将oldfd拷贝到了newfd。原本newfd指向的文件修改为指向新的文件了。完成重定向。

如下图代码：

 结果如下：

缓冲区

 

ps：上图的概念格外重要。 

观察以下代码和执行结果

这里首先关闭了1号文件描述符，所以按照文件描述符分配规则，新打开的文件分配到的文件描述符为1。后边的打印语句，底层写死了向1号文件描述符操作，故会向新打开的文件进行写入操作。其刷新策略发生了改变。但是，最后一条语句close(fd)；使得这个过程夭折。因为打印语句首先存放在C缓冲区中，因其关闭了文件描述符，C缓冲区无法向OS文件内核缓冲区刷新，更别说向外设刷新（比如这里会用到的显示器）了。 

inode

上边的图示非常重要；

查看log.txt内容。首先查看目录4-2的data block。这里的data block维护的是当前目录下的文件名和对应inode的映射关系。拿到inode编号，再去inode table中查找对应的inode，根据inode中的信息，找到其data block，打印其中的内容。 

软硬链接

创建软链接：ln -s 文件名 软链接名

删除软链接：unlink 软链接名

创建硬链接：ln 文件名 硬链接名

删除硬链接：unlink 硬链接名

软连接作用相当于创建快捷方式，并且拥有自己独立的inode，意味着软连接是一个独立的文件。有自己的inode属性，也有自己的数据块（保存的是指向文件的所在路径+文件名）

硬链接本质不是一个独立的文件，而是一个文件名和inode编号的映射关系，因为自己没有独立的inode。创建硬链接，本质是在特定的目录下，填写一对文件名和inode的映射关系。可以完成重命名的工作。（ps：仔细观察下图）

 硬链接数存在inode属性中，当有一个文件指向它时就++，移除指向就--。也是我们说的引用计数

硬链接应用场景

动静态库

显式可执行程序依赖的库---->ldd+可执行程序

一般库分为两种，动态库和静态库

在Linux中，如果是动态库，库文件以.so作为后缀；如果是静态库，库文件以.a作为后缀

库文件的命名：libXXX.so- 或者 libXXX.a-

库的真实名字：去掉前缀lib，去掉后缀so-、a-后缀，剩下的就是库名称。

Linux下gcc编译默认使用的是动态链接编译

gcc使用静态链接编译需要在末尾加上 -static

所用动态链接，即程序所依赖的库在程序运行的时候并没有加载在程序中，而是在程序运行使用的时候系统链接库。

静态链接则是在程序运行的时候，将依赖的库加载到程序中。

我们可以预想到，静态链接产生的可执行文件一定会比动态链接产生的可执行文件大。我们可以使用不同链接方式验证这样的说法

库的制作

制作静态库

制作库的好处有两个。1、方便使用。2、私密（使用者看不到库中的源码）。

关于库的更好的理解我们需要知道程序的编译过程，请参考该博文：https://blog.csdn.net/qq_45576085/article/details/129604842

库的制作就是将所有的目标文件（.o文件）打包就能形成静态库。但是只有.o文件，使用者并不知道有什么方法，还需要添加.h告知库中有什么方法。才形成完整的静态库。静态库 = 所有.o文件+对应.h文件。

编译将当前目录下的所有.c文件打包形成库。

Makefile文件内容如下

实行结果

制作动态库 

makefile文件内容如下

执行结果

使用库

使用静态库

将制作的静态库添加到需要使用的目录下，使用gcc以下命令编译。

执行结果：

我们观察使用ldd查看可执行程序依赖的库，如下：

 发现这里并没有我们自己制作的-math的静态库，这时因为编译的时候，我们的静态库就加载到了程序中了。

使用动态库

将制作的动态库添加到需要使用的目录下，使用gcc以下命令进行编译。

 但是这样执行生成的可执行程序并不能运行。如下图：

这里提示我们的动态库并没有被找到，因为我们使用gcc命令编译的时候告知了编译器库在哪里，但是程序编译好之后，就和编译无关了。运行程序的时候加载器需要告知系统，库在哪里。这里还需要添加环境变量LD_LIBRARY_PATH，告知系统库的位置。

然后我们就能顺利使用动态库执行程序了，执行结果如下