【Linux从入门到精通】文件I/O操作（C语言vs系统调用）
文章目录
一、C语言的文件IO相关函数操作
1、1 fopen与fclose
1、2 fwrite
1、3 fprintf与fscanf
1、4 fgets与fputs
二、系统调用相关接口
2、1 open与close
2、2 write和read
三、简易模拟实现cat指令
四、总结
♂️ 作者：@Ggggggtm ♂️
专栏：Linux从入门到精通
标题：文件操作
❣️ 寄语：与其忙着诉苦，不如低头赶路，奋路前行，终将遇到一番好风景 ❣️
本篇文章主要会讲解C语言的文件IO相关操作的函数，同时也会对Linux下的文件操作系统调用接口进行讲解。希望本篇文章会对你有所帮助。
一、C语言的文件IO相关函数操作
1、1 fopen与fclose
fopen() 函数原型：FILE *fopen(const char *filename, const char *mode); 作用：打开一个文件，并返回一个文件指针。 参数：
- filename：要打开的文件名（含路径）。
- mode：打开文件的模式，如 "r" 表示只读，"w" 表示写入（如果文件存在则清空内容），"a" 表示追加写入等。
具体如下图：
fclose() 函数原型：int fclose(FILE *stream); 作用：关闭一个打开的文件。 参数：
- stream：要关闭的文件指针。
具体可结合下图理解：
我们知道使用 fopen 时需要添加索要打开文件的路径。当我们以w的方式进行打开时，该文件不存在会自动创建文件，具体代码如下图：
#includeint main() { FILE* fd = fopen("log.txt","w"); if(fd==NULL) { perror("fopen"); } fclose(fd); //while死循环完全是为了方便查看和观察 while(1) { sleep(1); } return 0; } 上述代码中，fopen中并没有添加路径，只有一个文件名字。那么能打开成功吗？其次是，当前目录下并没有 log.txt 文件，如果能打开成功，文件会被创建到哪里呢？我们带着这些疑问接着往下看。
我们不妨先观察一下运行结果，如下图：
我们看到确实能够出创建出来，也是创建在了当前目录了！这是为什么呢？当一个程序运行起来后，会在内存中创建相应的数据结构，同时变成进程。该进程包含了当前所在的工作目录，且还有当前的可执行文件所在的目录。具体如下图：
所以即使我们并没有添加路径，操作系统也会知道当前所在的路径。并且默认创建到当前的工作路径下。
1、2 fwrite
fwrite的函数原型：size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream)。用于将数据块按字节写入文件。参数：
- ptr：指向要写入的数据的指针。
- size：要写入的每个数据项的字节数。
- count：要写入的数据项的数量。
- stream：目标文件的指针。
我们也可看下图理解：
我们现在用fwrite向log.txt中写入，具体代码如下：
#include#include int main() { FILE* fp = fopen("log.txt","w"); if(fp==NULL) { perror("fopen"); } //进行文件操作 const char *s1 = "hello Linux\n"; fwrite(s1, strlen(s1), 1, fp); fclose(fp); return 0; } 这里有一个问题：在写入文件时，要不要把s1的‘\0’写入呢？答案是不用。字符串结尾标志'\0'只是C语言规定的。文件并不用遵守C语言的规则！我们看运行结果：
log.txt文件中确实被写入了。假如我们注释掉写入的代码，只是打开后直接关闭文件，结果会是什么呢？如下图：
文件内容为空了！！！为什么呢？原因是以“w”的方式打开文件，就是在写入前会被清空文件内容。
1、3 fprintf与fscanf
fprintf() 函数原型：int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...); 作用：向文件中按指定格式写入数据。 参数：
- stream：要写入的文件指针。
- format：格式化字符串，类似于printf()函数的格式化参数。 返回值：成功写入的字符数，出错时返回负值。
fprintf与printf相比，fprintf第一个参数是FILE* ，其他的都一样。只不过是输出到了指定的文件上。
fscanf() 函数原型：int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...); 作用：从文件中按指定格式读取数据。 参数：
- stream：要读取的文件指针。
- format：格式化字符串，类似于scanf()函数的格式化参数。 返回值：成功读取并匹配的项目数量，出错或到达文件结尾时返回EOF。
fscanf() 与scanf() 相比，fscanf() 第一个参数是FILE* ，其他的都一样。读取数据时，是从指定的文件上读取。
这里我们就举例说明fsacnf，我们想要把文件的内容读取并输出，代码如下：
#include#include #include int main() { FILE* fp = fopen("log.txt","r"); if(fp==NULL) { perror("fopen"); } char line[128]; while(fscanf(fp,"%s",line) != EOF) { printf("%s\n", line); } return 0; } 运行结果如下：
注意，当我们要读取内容是，要修改打开文件的方式，应该以“r”的方式打开文件。否则会出现意想不到的结果！！！
1、4 fgets与fputs
fgets() 函数原型：char *fgets(char *str, int n, FILE *stream); 作用：从文件中读取一行字符串。 参数：
- str：要读取的字符串存放的缓冲区。
- n：最多读取的字符数（包括换行符）。
- stream：要读取的文件指针。 返回值：成功时返回str，失败或到达文件结尾时返回NULL。
具体如下图：
fputs() 函数原型：int fputs(const char *str, FILE *stream); 作用：向文件中写入一个字符串。 参数：
- str：要写入的字符串。
- stream：要写入的文件指针。 返回值：成功写入的字符数，出错时返回EOF。
具体如下图：
我们结合下述实例来理解fgets和fputs的用法，代码如下：
#include#include #include int main() { FILE* fp = fopen("log.txt","r"); if(fp==NULL) { perror("fopen"); } char line[64]; //fgets -> C -> s(string) -> 会自动在字符结尾添加\0 while(fgets(line, sizeof(line), fp) != NULL) { //printf("%s", line); fputs(line, stdout); //输出到屏幕上 } fclose(fp); return 0; } 运行结果如下：
二、系统调用相关接口
2、1 open与close
open()函数：open函数用于打开文件并获取文件描述符。它接受一个文件路径和一组标志作为参数，并返回一个用于后续文件操作的文件描述符。函数原型：int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode)。详细解释：
- 函数说明：打开文件并获取文件描述符。
- 参数：
- pathname：要打开的文件路径。
- flags：打开文件的标志，例如O_RDONLY（只读）、O_WRONLY（只写）、O_RDWR（读写）等。
- mode：在创建新文件时使用的权限位。
- 返回值：
- 成功：返回一个非负整数，表示文件描述符。
- 失败：返回-1，并设置errno来指示错误。
具体可结合下图理解：
有很多的选项，我们想要添加那个选项，只需要在第二个参数 按位与（‘|’） 上就行。为什么 按位与（‘|’）呢？这里涉及到了位图的知识。想要知道的可以去了解一下位图。
close()函数：close函数用于关闭打开的文件。它接受文件描述符作为参数，并返回一个表示成功与否的状态值。 函数原型：int close(int fd)。详细解释：
- 函数说明：关闭打开的文件。
- 参数：
- fd：要关闭的文件描述符。
- 返回值：
- 成功：返回0。
- 失败：返回-1，并设置errno来指示错误。
我们通过如下实例来理解open和close。代码如下：
#include#include #include #include #include #include int main() { int fd1 = open("log.txt", O_RDONLY); int fd2 = open("log2.txt", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666); //rw-rw-rw- if(fd1 < 0 || fd2 < 0) { perror("open"); return 1; } close(fd1); close(fd2); return 0; } 运行结果如下：
确实打开成功了。为什么log2.txt与我们设置的权限并不相同呢？不要忘记了系统中还有umask掩码。
2、2 write和read
write()函数：write函数用于向文件中写入数据。它接受文件描述符、要写入的数据和字节数作为参数，并返回实际写入的字节数。函数原型：ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count)。详细解释：
- 函数说明：向文件中写入数据。
- 参数：
- fd：要写入的文件描述符。
- buf：要写入的数据的缓冲区。
- count：要写入的字节数。
- 返回值：
- 成功：返回实际写入的字节数。
- 失败：返回-1，并设置errno来指示错误。
read()函数：read函数从文件中读取数据。它接受文件描述符、缓冲区指针和要读取的字节数作为参数，并返回实际读取的字节数。函数原型：ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)。详细解释：
- 函数说明：从文件中读取数据。
- 参数：
- fd：要读取的文件描述符。
- buf：用于存储读取数据的缓冲区。
- count：要读取的最大字节数。
- 返回值：
- 成功：返回实际读取的字节数。
- 失败：返回-1，并设置errno来指示错误。
write和read用起来也相对简单。这里就不再举例详细解释说明了。
三、简易模拟实现cat指令
我们知道，cat是打印出一个文件的内容。我们学习了文件操作后，就来简单的模拟实现一下cat指令。
cat指令不就是接受到文件，然后打印出文件的内容吗。这好像就是我们刚刚学了文件操作。我们直接看代码：
#include#include #include int main(int argc,char* argv[]) { if(argc != 2) { printf("argv error!\n"); return 1; } FILE *fp = fopen(argv[1], "r"); if(fp == NULL) { //strerror perror("fopen"); return 2; } //按行读取 char line[64]; //fgets -> C -> s(string) -> 会自动在字符结尾添加\0 // 将文件的内容打印到屏幕上 while(fgets(line, sizeof(line), fp) != NULL) { //printf("%s", line); fprintf(stdout, "%s", line); //fprintf->stdout? } fclose(fp); return 0; } 在运行时加上文件名就可以打印出文件的内容了。再加上我们之前讲到的创建子进程进行程序替换实现的简易版的shell，不就是实现了cat指令嘛！！！我们看输出结果：
四、总结
本篇文章讲述了一系列的文件操作函数。其实我们学的C语言的文件操作函数，底层都是封装的系统调用的接口。因为我们对文件的写入和读取，不就是对硬盘的写入和读取吗！文件可是放在硬盘上的。语言想要访问硬件设备，必须通过操作系统！！！
每套语言都是有自己的文件操作函数，底层都是封装的系统调用的接口。但是操作系统不只是有Linux，还有windows等等。那语言就是封装所有的操作系统的接口呗。只不过是在调用时会有选择判断。这样封装后，语言就有了跨平台性。
上文中有一个名词：文件描述符。我们并没有对此进行详解。下篇文章会对此进行讲解。这个也是一个重点！！！
本片文章的讲解就到这里。感谢阅读ovo~