Linux基础IO(一)

Linux基础IO

C语言中的文件操作

我们通过两个代码复习一下C语言中的文件操作：

int main()
{
    FILE* fp = fopen("log.txt", "w");
    if(fp == nullptr)   perror("fopen fail");
    fputs("hello world\n", fp);
    fclose(fp);
    return 0;
}

int main()
{
    FILE* fp = fopen("log.txt", "r");
    if(fp == nullptr) perror("fopen fail");
    char buffer[64];
    fgets(buffer, sizeof(buffer), fp);
    cout << buffer << endl;
    return 0;
}

第一个是文件的写操作，用w的格式打开一个文件进行写入。

第二个是文件的读操作，用r的格式打开一个文件进行读取。

c语言文件打开方式

• r，以只读的方式打开文件，文件指针指向文件的首位置。
• r+，以读写的方式打开文件，文件指针指向文件的首位置。
• w，以只写的方式打开文件，清空文件内容，如果文件不存在就创建一个文件，文件指针指向文件的首位置。
• w+，以读写的方式打开文件，如果文件不存在就创建一个文件，如果文件存在就清空文件内容，文件指针指向文件的首位置。
• a，以追加写的方式打开文件，将内容追加在文件末尾，如果文件不存在就创建一个文件，文件指针指向文件的末尾位置。
• a+，以读和写的方式打开，将内容追加到末尾位置，如果文件不存在就创建一个文件，文件指针指向文件的末尾位置。

C语言文件操作函数

1. fopen

FILE* fopen(const char* path, const char* mode)

• path：要打开的文件
• mode：文件打开方式
• 返回值：成功，返回文件流指针；失败，返回NULL

2. fread

size_t fread(void* ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE* stream)

• ptr：将从文件读到的内容保存在ptr指向的空间中
• size：读文件时，一个块的大小，单位是字节
• nmemb：期望读到的字节大小
• stream：文件流指针
• 返回值：读到的块的个数

一般我们将块大小定义为1字节，返回值就是我们读了多少字节。

例如：

int main()
{
    FILE *fp = fopen("log.txt", "r+");
    if (fp == nullptr)
        perror("fopen fail");
    fputs("hello world\n", fp);
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);
    char buffer[64];
    memset(buffer, 0, 64);
    fread(buffer, sizeof(char), sizeof buffer, fp);
    printf("%s\n", buffer);
    fclose(fp);
    return 0;
}

3. fwrite

size_t fwrite(const void* ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE* stream)

• ptr：准备写入的内容
• size：向文件写入块的大小，单位大小为字节
• nmemb：期望写的块的大小
• stream：文件流指针
• 返回值：返回成功写入的块的个数

int main()
{
    FILE *fp = fopen("log.txt", "r+");
    if (fp == nullptr)
        perror("fopen fail");
    const char* buffer = "xxxxxxxxxxxxxxxxxx\n";
    fwrite(buffer, sizeof(char), strlen(buffer), fp);
    fclose(fp);
    return 0;
}

4. fseek

int fseek(FILE* stream, long offser, int whence)

• stream：文件流指针
• offset：偏移量
• whence：文件指针偏移到的位置。SEEK_SET，把文件流指针定义到文件头部。

SEEK_CUR，把文件流指针定义到当前文件位置。SEEK_END，把文件流指针定义到文件末尾。

5. ftell

long ftell(FILE* stream)

• stream：文件流指针
• 作用：获取文件指针当前位置

6. rewind

void rewind(FILE* stream)

• stream：文件流指针

• 作用：让文件指针回到文件起始位置

7. fclose

int fclose(FILE* fp)

• 作用关闭文件

系统文件操作

在学校系统文件操作前，有这样一个问题需要补充：为什么我们向显示器输出数据，为什么不需要进行打开显示器操作呢？为什么可以直接使用键盘向电脑输入数据呢？

stdin/stdout/stderr

有这样一句话，Linux下一切皆文件，也就是说，在Linux系统下所有东西都可以看做文件。

系统会默认帮我们打开三个流：标准输入流0、标准输出流1和标准错误流2。

它们分别对应的外设是：键盘，显示器和显示器。

它们对应到C语言中就是：stdin、stdout和stderr。

当我们的C程序跑起来时，操作系统就会默认使用C语言的相关接口将这三个输入输出流打开，之后我们才能调用类似于scanf和printf之类的函数向键盘和显示器进行相应的输入输出操作。

我们还可以查到，它们三个都是FILE*类型(和我们之前说的Linux下一切皆文件相对应)。

opean

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

• pathname：表示要打开或创建的目标文件。

以路径给出，创建该文件时，在给出的路径下创建。

以文件名给出，创建该文件时，在当前路径下创建。

• flags：表示文件的打开方式。

O_RDONLY：以只读的方式打开

O_WRNOLY：以只写的方式打开

O_APPEND：以追加的方式打开

O_RDWR：以读写的方式打开

O_CREAT：当文件不存在时，创建该文件

• mode：表示创建文件的默认权限。

例如：设置读写权限0666(具体可以查看之前的文章Linux权限管理)

若想创建出来文件的权限值不受umask的影响，则需要在创建文件前使用umask函数将文件默认掩码设置为0。

int main()
{
    umask(0);
    int fd = open("log.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    return 0;
}

• 返回值：失败则返回-1。

我们也可以看看文件描述符到底是不是从3开始的。(0,1,2默认打开)

int main()
{
    umask(0);
    int fd1 = open("log.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    int fd2 = open("log.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    int fd3 = open("log.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    int fd4 = open("log.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    cout << fd1 << endl << fd2 << endl << fd3 << endl << fd4 << endl;
    return 0;
}

close

int close(int fd);

作用关闭文件。

• fd : 文件描述符

write

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

作用：向文件写入信息。

• fd：文件描述符

• buf：需要写入内容的起始位置

• count：需要写入的字节数

• 返回值：写入成功，返回实际写入的字节数；写入失败，返回-1。

示例：

int main()
{
    int fd = open("log.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if(fd < 0) perror("open fail");
    char buffer1[64] = "hello world\n";
    write(fd, buffer1, strlen(buffer1));
    close(fd);
    return 0;
}

read

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

作用：读取文件中的信息。

• fd：文件描述符

• buf：需要读取内容的起始地址

• count：需要读取的字节数

• 返回值：读取成功，返回实际读取字节数；读取失败，返回-1。

示例：

int main()
{
    int fd = open("log.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if(fd < 0) perror("open fail");
    char buffer2[64];
    read(fd, buffer2, sizeof(buffer2));
    cout << buffer2 << endl;
    close(fd);
    return 0;
}

文件描述符

我们都知道进程创建时同时会创建PCB、mm_struct和页表。其中task_struct中有一个指针，该指针指向一个名为files_struct的结构体，在该结构体当中就有一个名为fd_array的指针数组，该数组的下标就是我们所谓的文件描述符。

我们我们运行进程打开log.txt文件的时候 我们首先会将文件从磁盘加载到内存当中 并且形成对应的struct file结构体并且连入双链表中然后在file_array中找到一个未被使用的空间 让这个空间指向我们刚刚的struct file结构体。

最后将这个空间的下标返回给进程。所以说只要我们有一个文件的fd就能够对这个文件进行各种操作。

我们之前也测试过了，文件描述符是从3开始的。

原因是：它是从file_array中找到未使用空间的最小下标开始分配，其中0、1、2已经在程序运行时自动打开了。

重定向

什么是重定向

重定向是把原本输出到一个文件的数据输出到另一个文件。

例如：

int main()
{
    close(1);
    int fd = open("log.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if(fd < 0) perror("open fail");
    fputs("hello worldxxxxxxxxxxxxxxxx\n", stdout);
    cout << endl;//刷新缓冲区
    close(fd);
    return 0;
}

由于我们一开始关闭了stdout(1)，我们把原本输出到stdout文件的输出到了log.txt文件中，所以显示器无法打印信息了，必须从log.txt中查看。

这就是一个重定向，我们也可以使用以下命令完成重定向：

1. 清空重定向

[---@VM-8-4-centos day03]$ echo "xxxxxxxxxxxxxxxxx" > log.txt 
[---@VM-8-4-centos day03]$ cat log.txt 

2. 追加重定向

[---@VM-8-4-centos day03]$ echo "yyyyyyyyyyyyyyyy" >> log.txt 
[---@VM-8-4-centos day03]$ cat log.txt

dup2

在上面使用重定向时需要首先使用close关闭文件，这样我们感觉总是十分麻烦。系统给我们提供了一个便捷的系统调用：

int dup2(int oldfd, int newfd);

• oldfd：旧的文件描述符
• newfd：新的文件描述符
• 返回值：调用成功，返回newfd；调用失败，返回-1。

功能：将oldfd中的内容拷贝到newfd中。

ps:如果newfd和oldfd相同，则不做任何操作，返回newfd。

例如：

int main()
{
    int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
    if (fd < 0) perror("open fail");
    // close(1);
    dup2(fd, 1);
    printf("dup2 success\n");
    return 0;
}

感谢您的阅读，欢迎指正。