【Linux】基础IO1
文章目录
- C下面的文件接口
-
- fopen函数
- fwrite函数
- fread函数
- fseek函数
- fclose函数
- 系统调用的文件接口
-
- open函数
- write函数
- read函数
- lseek函数
- close函数
- 文件描述符
- 文件描述符和文件流指针的区别
C下面的文件接口
fopen函数
函数原型：
FILE *fopen(const char *path, const char *mode);
参数：
- path：要打开的文件，带路径
- mode：以何种方式打开
| 参数 | 打开方式 |
|---|---|
| r | 只读，文件流指向文件头部 |
| r+ | 读写，文件流指向文件的头部 |
| w | 只写，如果文件存在，则清空文件开始写，如果文件不存在，则创建文件 |
| w+ | 读写，如果文件存在，则清空文件开始写，如果文件不存在，则创建文件 |
| a | 追加写，如果文件不存在，则创建文件，从文件末尾开始写 |
| a+ | 可读也可追+加写，如果文件不存在，则创建文件，从文件末尾开始写 |
有+号的，都可以进行读。
返回值：
成功返回文件流指针，失败返回NULL。
fwrite函数
函数原型：
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
功能就是用来写文件的。
参数：
- ptr：往文件当中写的内容
- size：定义往文件当中写的时候，一块是多少字节（通常定义为一个字节）。
- nmemb：准备写多少块
- stream：文件流指针，准备写到哪个文件当中去
返回值：
返回成功写入到文件当中的块的数量，不是成功写入的字节，而是成功写入的块的个数。
代码验证：
#include <stdio.h>
2 #include <string.h>
3 int main(){
4 FILE *fp = fopen("./b.txt","w+");
5 if(fp==NULL){
6 perror("fopen");
7 return 0;
8 }
9 const char* str = "hello world";
10 ssize_t w_size = fwrite(str,1,strlen(str),fp);
11 printf("w_size:%d\n",w_size);
12 return 0;
13 }
通常设置块的大小为一个字节，那么块的个数参数就可以按照字符串的字节数量进行填充。返回值就相当于是成功写入的字节数量，因为一个块的大小为1。
fread函数
函数原型：
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
参数：
- ptr：将从文件当中读到的内容保存到ptr准备的空间当中去，这个空间需要程序员提前准备，防止非法访问其他空间。
- size：定义从文件当中读的时候，一个块是多少字节（通常定义为一个字节）
- nmemb：期望读多少块
- stream：文件流指针
返回值：
成功读入的文件块的个数
代码验证：
#include <stdio.h>
2 int main(){
3 FILE *fp = fopen("./b.txt","r");
4 if(fp == NULL){
5 perror("fopen");
6 return 0;
7 }
8
9 char buf[1024] = {0};
10 ssize_t r_size = fread(buf,1,sizeof(buf)-1,fp);
11 printf("r_size : %d,buf : %s\n",r_size,buf);
12 return 0;
13 }
ssize_t r_size = fread(buf,1,sizeof(buf)-1,fp);
这个地方为什么是“sizeof(buf)-1”呢？因为我们要预留“\0”的位置，假设我们有三个字节来存放读到的内容，我们当然可以把三个空间都放读到的内容，不会出错，那为什么还要预留“\0”的位置呢？因为不访问这块空间还不会出事儿，一旦访问，就很可能会因为没有结束标志导致程序崩溃。为了保证安全性，防止越界访问造成程序的崩溃，我们预留一个\0的位置。
fseek函数
函数原型：
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
参数：
- stream：文件流指针
- offset：偏移量（向后偏移）
- whence：将文件流指针偏移到什么位置
| 宏 | 含义 |
|---|---|
| SEEK_SET | 文件头部 |
| SEEK_CUR | 当前文件流指针的位置 |
| SEEK_END | 文件末尾 |
返回值：
成功返回0，失败返回-1.
fseek函数是为了移动文件流指针产生的，那在什么情况下需要我们去移动文件流指针呢?我们来看看下面这段代码：
#include <stdio.h>
2 #include <string.h>
3 int main(){
4 FILE *fp = fopen("./b.txt","w+");
5 if(fp==NULL){
6 perror("fopen");
7 return 0;
8 }
9
10 const char* str = "hello world";
11 ssize_t w_size = fwrite(str,1,strlen(str),fp);
W> 12 printf("w_size:%d\n",w_size);
13
14 char buf[1024] = {0};
15 ssize_t r_size = fread(buf,1,sizeof(buf) - 1,fp);
W> 16 printf("r_size : %d,buf : %s\n",r_size,buf);
17 return 0;
18 }
按理说，我们先往文件当中写，再从文件当中读，没什么问题，但是上述代码的执行结果并不是我们想要的。
执行结果：
这是为什么呢？因为我们往文件当中写完内容之后，文件流指针是指向最后的，我们读取的时候，那从最后去读肯定读不到内容啦。于是我们就需要fseek函数去移动文件流指针。
我们通过fseek函数去修改一下上述代码的文件流指针，然后再次打印试试：
#include <stdio.h>
2 #include <string.h>
3 int main(){
4 FILE *fp = fopen("./b.txt","w+");
5 if(fp==NULL){
6 perror("fopen");
7 return 0;
8 }
9
10 const char* str = "hello world";
11 ssize_t w_size = fwrite(str,1,strlen(str),fp);
W> 12 printf("w_size:%d\n",w_size);
13
14 fseek(fp,6,SEEK_SET);
15
16 char buf[1024] = {0};
17 ssize_t r_size = fread(buf,1,sizeof(buf) - 1,fp);
W> 18 printf("r_size : %d,buf : %s\n",r_size,buf);
19 return 0;
20 }
~
现在就可以正常打印了。
fclose函数
函数原型：
int fclose(FILE *fp);
打开文件之后，一定记得关闭文件，否则容易造成文件句柄泄漏，也就是内存的泄漏。
系统调用的文件接口
open函数
函数原型：
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
参数：
- pathname：要打开或者创建的目标文件，需要带路径
- 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。
| 宏 | 含义 |
|---|---|
| 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。
| 宏 | 含义 |
|---|---|
| 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 |
上面这两个可以多选，与前三个用或连接。
- mode：当创建一个新文件的时候，指定新创建文件的权限，传递一个八进制的数字。
返回值：
成功则返回新打开的文件描述符，失败返回-1.
我们说在进程创建之初，就默认打开了三个文件，标准输入，标准输出，标准错误。标准输入在C库当中是stdin，在操作系统内核进程部分就是0号文件描述符。
write函数
函数原型：
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
参数：
- fd：文件描述符
- buf：将buf指向的内容写入到文件当中去
- count：期望写多少字节
返回值：
返回则写入的字节数量
read函数
函数原型：
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
参数;
- fd：文件描述符
- buf：将从文件中读到的内容写到buf指向的空间当中去
- count：期望读多少字节
返回值：
成功则返回读到的字节数量
lseek函数
函数原型：
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
参数：
- fd：文件描述符
- offset：偏移量（向后偏移），单位字节
- whence：偏移的位置
| 宏 | 含义 |
|---|---|
| SEEK_SET | 文件头部 |
| SEEK_CUR | 当前文件流指针的位置 |
| SEEK_END | 文件末尾 |
返回值：
成功返回偏移的位置，单位是字节。失败返回-1.
close函数
函数原型：
int close(int fd);
函数功能：关闭文件描述符。
代码验证上述函数：
#include <stdio.h>
2 #include <fcntl.h>
3 #include <string.h>
4 #include <unistd.h>
5 int main(){
6 //打开一个文件
7 int fd = open("./c.txt",O_RDWR | O_CREAT,0664);
8 if(fd == -1){
9 perror("open");
10 return 0;
11 }
12
13 //往文件中写
14 const char* str = "happyday";
15 size_t w_size = write(fd,str,strlen(str));
W> 16 printf("w_size : %d\n",w_size);
17
18 //偏移一下
19 lseek(fd,0,SEEK_SET);
20
21 //从文件中往外读
22 char buf[1024] = {0};
23 size_t r_size = read(fd,buf,sizeof(buf) - 1);
W> 24 printf("r_size :%d,buf : %s\n",r_size,buf);
25
26 printf("fd : %d\n",fd);
27 //关闭文件
28 close(fd);
29 return 0;
30 }
执行结果：
文件描述符
文件描述符的值是一个小正数。
我们循环打印文件描述符：
1 #include <stdio.h>
2 #include <fcntl.h>
3 int main(){
4 while(1){
5 int fd = open("./c.txt",O_RDWR | O_CREAT,0664);
6 if(fd<0){
7 perror("open");
8 return 0;
9 }
10 printf("fd : %d\n",fd);
11 }
12 return 0;
13 }
执行结果：
循环了十万次。
为什么是十万次呢？这是操作系统的一个软限制，一个进程打开的文件太多了，达到了一个进程打开文件描述符的上限了。
软限制是可以修改的，但是因为硬限制的存在，这个打开个数也并不能无限增加，那硬限制是什么呢？硬限制是操作系统的资源，因为打开文件描述符是需要耗费内存资源的。
可以在/proc/[pid]/fd文件夹下查看文件描述符信息，观察到文件描述符的分配规则是最小未使用原则。
文件是在进程当中打开的，所以文件描述符和进程脱不了关系，在进程的结构体中，有一个描述进程打开文件信息的结构体指针，该指针指向一个结构体，这个结构体有一个指针数组，数组里面存储的指针指向描述文件信息的结构体，而我们所说的文件描述符就是该指针数组的数组元素下标。在描述文件信息的结构体里，有描述文件的名称、文件的大小、文件的权限、文件的所有者、文件的属性、文件在磁盘当中存储的位置等等。
文件描述符和文件流指针的区别
typedef struct _IO_FILE FILE;
从源码的角度来说，文件流指针是一个结构体（struct _IO_FILE），文件流指针对应的结构体是C库定义的，该结构体属于C库的内容，它并不是操作系统内核的东西，文件流指针结构体内的读缓冲区和写缓冲区也是属于C库，不属于操作系统内核的，所以我们在进程控制当中说进程结束的时候会刷新缓冲区，需要用那四种方法去刷新缓冲区。当调用_exit函数去终止进程的时候，会比exit函数少做的其中一件事就是刷新缓冲区，因为_exit函数是系统调用函数，在内核中运行，接触不到缓冲区。
文件流指针结构体当中还有一个东西是int _fileno，该整形变量用来保存文件描述符的数值，保存的就是内核的文件描述符。