文件IO：系统调用 VS C library VS C++

概要

本文将从文件IO的几个方面来总结操作文件的方式：

打开文件

方式	头文件	调用	参数说明	返回值	功能	注意点
system call	sys/types.h sys/stat.h fcntl.h	int open(const char* name, int flags, mode_t mode);	name:文件名 flags:访问文件方式 mode:文件许可	int : file descriptor(fd),若打开成功则返回文件句柄，失败则返回-1并设置errno为相应值	打开文件并赋以相应模式和许可操作	figure和errno
system call		creat
c	stdio.h	FILE* fopen(const char* path, const char* mode);	path:文件路径 mode:打开模式	FILE*:file pointer,若打开成功则返回FILE*,失败则返回NULL并设置errno	以mode指定方式打开文件	FILE*和fd区别
c++	fstream	std::ofstream(const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::out) or ifstream (const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::in);	filename:文件名 openmode:打开方式	非函数调用，而是通过构造函数生成一个fstream对象	生成一个指定openmode的文件对象	好的风格要指定openmode,虽然有默认值

读文件

方式	头文件	调用	参数说明	返回值	功能	注意点
system call		ssize_t read(int fd, void* buf, size_t len);	fd:文件句柄 buf:将数据读入指针值指向的位置 len:读入lenBytes	1.若成功读入lenBytes返回值等于len 2.返回值大于0但小于len，产生信号中断，或读到EOF(即没有剩余数据可读) 3.返回0,即该次read已经读到EOF处 4.返回-1，若errno为EINTRorEAGAIN可reissue，否则发生错误。	从文件当前position开始向buf读入lenBytes	注意return value和errno的处理.
C		int fgetc(FILE* stream);	stream:file pointer	将读入的一个unsigned char以int返回	读入当前位置的后一个Byte	返回值要用int去接而不是char
C	同上行	char* fgets(char* str, int size, FILE* stream);	str:数据读入的字符串 size:读入Bytes stream:file pointer	若成功读size-1Bytes或者读到newline返回str指针,但返回NULL如果遇到EOF或发生错误	可读取整行数据，如果size足够大，超过行字节数。	实际上读size-1Bytes,最后一字节为'\0',如果读到新的一行，\n也会被存入str,同时注意若读到EOF是返回NULL
C	同上行	size_t fread(void* buf, size_t size, size_t nr, FILE* stream);	两个关键： nr:最多读nr"块" size:每"块"读sizeBytes	返回值为一个小于等于nr的值	可用于读取struct结构	1.注意返回值，若小于nr则需要用ferror()和feof()判断是属于哪种情况 2.尽量符合内存对齐原则
C++		常用：>>、getline等（见附录）

写文件

方式	调用	参数说明	返回值	功能	注意点
system call	ssize_t write(int fd, const void* buf, size_t count);	buf:写入的数据，注意const保护 fd:文件句柄 count:写入的字节数	若成功，返回成功写入字节数并且更新文件当前position，失败则返回-1,也可返回0代表未写入任何数据	将buf中的countBytes数据写入文件	注意对buf的const保护，以及count存在上限SSIZE_MAX
C	int fputc(int c, FILE* stream);	c:要存入的一个Byte(cast to unsigned char) stream:file pointer	若成功则返回c，失败则返回EOF	向文件写入一个字节的数据	虽然参数是int，但实际转化为unsigned char存入
C	int fputs(const char* str, FILE* stream);	str:要写入的字符串	成功返回一个非负整数，失败则返回EOF	向文件写入字符串	返回值为整数
C	size_t fwrite(void* buf, size_t size, size_t nr, FILE* stream);	nr:最多写nr"块" size:每"块"写入sizeBytes	返回成功写入的块数，若失败则返回一个小于nr的值	向文件写入每块为size的nr块数据	注意返回值check
C++	常用<<操作符

关闭文件

方式	调用	参数说明	返回值	功能	注意点
system call	int close(int fd);		成功则返回0,失败返回-1	关闭以fd为句柄的文件	每次系统调用都要check error value
C	int fclose(FILE* fp);		成功关闭则返回0，否则返回-1	关闭文件	同上
C++	成员函数close()

各种用法demo

第一部分：system call

若文件存在则清空，不存在则以0644许可创建(owner可读可写，其他只可读)

int fd;
fd = open(file, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
if(-1 == fd){
  //error
}

读指定Bytes

unsigned long word;
ssize_t nr;
nr = read(fd, &word, sizeof(unsigned long));
if(-1 == nr){
  //error
}

读所有bytes

//fstat()获取文件长度(C library)
struct stat st;
if(fstat(fd, &st)){
  //error
}
size_t len = st.st_size;
//read all bytes
ssize_t ret;
while(len != 0 && (ret = read(fd, buf, len)) != 0){
  if(-1 == ret){
    if(EINTR == errno) continue;
    perror("read");
    break;
  }
  len -= ret;
  buf += ret;
}

写一些bytes

unsigned long word = 1720;
size_t count = 0;
ssize_t nr = 0;

count = sizeof(word);
nr = write(fd, &word, count);
if(-1 == nr){
  //error,and check errno
}
else if(nr != count){
  //only write part bytes
}

ssize_t ret = 0, nr = 0;
while(0 != len && (ret = write(fd, buf, len)) != 0){
  if(-1 == ret){
    if(EINTR == errno) continue;
    perror("write");
    break;
  }
  len -= ret;
  buf += ret;
}

第二部分：C语言

通过FILE*打开文件

FILE* stream = nullptr;
stream = fopen(path, "r");
if(!stream){
  //error
}

通过File Descriptor打开文件

FILE* stream = nullptr;
stream = fdopen(fd, "r");
if(!stream){
  //error
}

读写一个字节

//read
int c = 0;
c = fgetc(stream);
if(EOF == c){
  //error
}

//write
if(fputc(c, stream) == EOF){
  //error
}

读写一个字符串

//read
char buf[BUFFER_SIZE];
if(!fgets(buf, BUFFER_SIZE, stream)){
  //error
}
//write
if(fputs(buf, stream) == EOF){
  //error
}

读写binary data

//read
char buf[64];
size_t nr;
nr = fread(buf, sizeof(buf), 1, stream);
if(0 == nr){
  //error
}

//write
struct pirate{
  char name[100];
  unsigned long booty;
  unsigned int beard_len;
}blackbeard = {"JACK", 950, 48};

if(!fwrite(&blackbeard, sizeof(struct pirate), 1, stream)){
  //error
}

第三部分：C++

打开文件

//打开可读文件
ifstream in(path, ios::in);
if(!in){
  //error
}

//打开可写文件
ofstream out(path, ios::out);
if(!out){
  //error
}

读写文件

//读
//用相应数据类型以及>>组合使用
//学号 姓名 课程 成绩
int id, score;
string name, course;
while(in >> id >> name >> course >> score){
  //do
}

//写
//将vector写入文件
vector data{1,2,3,4};
for(int i = 0; i < data.size(); i++){
  out << data[i] << endl;
}

附录

参考资料：
c++方式可以参考<>
c/system call可以参考<>

理解文件打开关系

参考link/文献/引用

fstat() : https://www.go4expert.com/articles/understanding-linux-fstat-example-t27449/
ifstream:http://www.cplusplus.com/reference/fstream/ifstream/
ofstream:http://www.cplusplus.com/reference/fstream/ofstream/