Linux系统编程之文件IO
Linux系统编程之文件IO
- 文件IO第一天
-
- 一、标准IO基本概念
-
- 1.1c语言函数 （c库函数） 调用实现某一个功能，（API）
- 1.2系统调用：内核中的程序接口，应用程序和硬件设备之间的中间层
- 1.3 文件基本概念
- 1.4 文件分类 *
- 1.5文件指针 FILE* (标准IO 和文件IO区别)
- 1.6文件描述符和文件指针的转换*
- 二、文件IO
-
- 2.1 打开文件*
- 2.2 文件关闭 *
- 2.3 文件读写*
- 2.4 文件偏移*
- 2.5 文件权限 *
- 2.6 删除文件*
- 2.7 fcntl 函数*
- 文件IO第二天
- 一、
-
- 1.创建文件 【重点】
- 2. fcntl文件加锁
- 二. 时间函数
-
- 1. 函数原型： time_t time(time_t *); 【重点】
- 2. 函数原型：char *ctime(const time_t *);【重点】
- 3.函数原型： struct tm *gmtime(const time_t *);
- 4. 函数原型：char *asctime(const struct tm *);
- 5. 函数原型： struct tm *localtime(const time_t *); 【重点】
- 6. 函数原型： time_t mktime(struct tm *tm);
- 三、文件属性函数
-
- 函数原型： int stat(const char *pathname, struct stat *buf);【重点】
- 3.2 删除文件 remove()调用unlink 【重点】
- 3.3 截取文件内容 【重点】
- 3.4 文件权限修改
- 3.5 修改权限掩码
- 四、目录操作函数
- 文件IO第三天
-
- 一、目录函数
- 二、库文件基础
-
- 2.1库文件特点：
- 2.2 库文件概念
- 2.3 库文件分类
-
- 动态库：（在windows下是dll结尾，在linux下是.so文件）
- 静态库：（在windows下是lib文件，在linux下是.a文件）
- 三、静态库编写
- 四、动态库编写
文件IO第一天
标准IO
打开文件：FILE* fopen(文件名字符串，打开模式）
r w a r+ w+ a+
（文本文件，二进制文件）
关闭文件： fclose（FILE* p）;
读一个字符： int fgetc（FILE* P）;
写一个字符： fputc（int c,FILE* P）
读一个字符串：fgets(char* buf,int size,FILE*)
写一个字符串：fputs（char* p,FILE* P）;
char arr[4] = “abc” char* p = “abc”;(内存四区背完— 姜洋)
二进制读：fread（void* buf，每个块的大小，块个数，文件指针）；
二进制写： fwrite（void*buf，每个块的大小，块个数，文件指针）
格式化读： int fscanf(FILE *stream, const char *format, …); 类似scanf
格式化写： int fprintf(FILE *stream, const char *format, …); 类似printf
文件偏移： fseek，rewind, ftell
(calloc,realloc) malloc -->memset() bzero( )
一、标准IO基本概念
1.1c语言函数 （c库函数） 调用实现某一个功能，（API）
POSIX：可移植操作系统接口，软件需要在linux下运行，API关联的标准的总称
1.2系统调用：内核中的程序接口，应用程序和硬件设备之间的中间层
1> 文件操作系统调用： 打开文件，关闭文件，读写
2> 进程控制系统调用： 创建进程 关闭进程 ps -aux
3> 通信类控制系统调用： 发送消息，接受消息 socket套接字
4> 设备管理系统调用: 打开设备 关闭设备
5> 信息维护类系统嗲用：用户程序和操作系统之间的信息
1.3 文件基本概念
文件：一组相关数据的集合， 文件名：集合的名称
1.4 文件分类 *
普通文件：touch 文件
目录文件： mkdir 目录名
设备文件： 放在dev目录下，和普通文件一样
字符文件： sudo mknod 字符设备名 c 主编号 次编号
块 设 备： sudo mknod 字符设备名 b 主编号 次编号
管道设备： sudo mknod 管道设备名 p 主编号 次编号
网络设备： sudo mknod 网络设备名 s 主编号 次编号
链接文件： 理解成快捷方式
软连接：ln -s 被连接文件名 新文件名 （ 是保存了被连接文件的绝对路径，是另外一个新的文件，访问时用被连接文件的路径替换）
硬链接：ln 被连接文件名 新文件名 （普通文件没区别，指向硬盘的同一块区域）快捷方式
删除对应的被链接文件，软连接会受到影响，而硬链接不会。
1.5文件指针 FILE* (标准IO 和文件IO区别)
typedef struct _iobuf{
char* ptr ; //下一个字符的位置
int cnt //剩余字节数
int* base; // 缓冲区的位置
int fd ; // 文件描述符 （文件的标志）
int flag ； //文件的访问模式
} FILE
文件描述符：是一个非负整数，是一个索引指向内核为每个进程所维护打开文件的记录
三个默认的打开的流： stdin（0）输入流 stdout（1）输出流 stderr（2）标准错误流
1.6文件描述符和文件指针的转换*
#include
函数原型：FILE *fdopen(int fd, const char *mode);
函数作用：把fd的文件描述符转换成文件指针，当文件IO中打开文件，需要用标准IO中的函数时需要使用。
函数参数：fd 文件描述符 mode打开模式
返 回 值：文件指针。
练习：找到标准输入的 文件指针。
#include
#include
#include
#include
int main()
{
FILE * file = fopen("abc","r");
FILE* p = fdopen(0,"r");
if(p)
{
printf("p = %p\n",p);
}
if(file == NULL)
{
//perror("fdopen");
printf("%s\n",strerror(errno));
exit(0);
}
return 0;
}
函数原型： int fileno(FILE *stream);
函数作用：文件指针转换成文件描述符。
函数参数：stream 是文件指针
返 回 值：文件描述符。
使用： 标准io打开的文件fopen，用read去读取或者write写需要文件描述符，需要进行转换。
二、文件IO
2.1 打开文件*
#include
#include
#include
函数原型 int open(char *pathname, int flags, mode_t mode);
函数参数：pathname 文件名或者文件路径
flags 打开模式
mode 只有创建时候使用 文件创建权限0666
作 用： 打开文件
返 回 值： 文件描述符，也是文件的打开标志，失败返回-1；
打开模式：
第一组： 只读打开 O_RDONLY
只写方式：O_WRONLY
读写方式：O_RDWR
第二组： O_CREAT 创建文件，如果文件不存在则创建，需要和mode一起配合使用，mode的创建时候的文件权限
O_APPEND 追加的方式写入文件，如果文件已经有内容了，则在文件末尾添加内容，不会覆盖，文件末尾开始读不到内容。
O_TRUNC 覆盖写，每一次写都会把原有内容 清空。
2.2 文件关闭 *
函数原型： int close(int fd);
头文件： #include
作用： 关闭文件
返回值： 是否成功，如果是0则关闭成功 -1关闭失败
练习：创建danny.log文件 提示3秒后关闭
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
int fd = open("danny.log",O_RDWR| O_CREAT,0666);
if(fd == -1)
{
printf("%s\n",strerror(errno));
return 0;
}
sleep(1);
printf("倒计时1妙\n");
sleep(2);
close(fd);
}
2.3 文件读写*
#include
函数原型： ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
函数参数： fd 文件描述符
buf 存放读取内容的缓存。（数组，malloc申请空间）
count：从文件中读取的字节数
返回值：如果成功返回实际读取的字节数 如果失败返回-1，文件末尾返回0；
函数原型： int write(int fd, const void *buf, long count);
头 文 件： #include
作 用： 写入文件内
参 数： fd 文件描述符
buf 存放读取内容的缓存。（数组，malloc申请空间）
count：从文件中读取的字节数
返回值：如果成功返回实际写入的字节数
失败返回-1 错误信息错入errno
练习：文件拷贝功能：./cp 文件1 文件2 （实现cp命令）
2.4 文件偏移*
#include
#include
函数原型：off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
作 用： 移动光标，移动文件偏移位置。
参 数：whence SEEK_CUR 从当前位置为餐卡偏移
SEEK_SET 从文件头开始偏移
SEEK_END 从文件尾开始偏移
offset：偏移多少，正数或者负数，正数往右，负数往
注 意： socket文件--网络设备文件，管道文件没法移动，
2.5 文件权限 *
函数原型： int access(const char *pathname, int mode);
头 文 件： #include
参 数： *pathname,文件名 ，mode 用来判断某一个模式
mode格式如下：
R_OK 判断文件是否有可读权限
W_OK 可写权限
F_OK 文件是否存在
X_OK 判断文件是否可执行
返回值：如果是0则表示成功。失败返回-1 错误信息存入errno中
练习：判断参数中的文件是否存在，如果存在判断有可执行权限
2.6 删除文件*
函数原型：int remove(const char *pathname);
头文件： stdio.h
作用： 删除文件
返回值：如果成功返回0 失败返回-1 errno
如果pathnam是目录，则需要调用rmdir（）处理。
如果pathname是文件，则会调用unlink（）处理
2.7 fcntl 函数*
函数原型： int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
头 文 件： #include #include
参 数： fd 文件描述符
cmd 命令
F_DUPFD 赋值文件描述符
F_GETFD 获取文件描述符标志
F_SETFD 修改文件描述符
F_GETFL 获取文件的状态标志
F_SETFL 设置文件的状态标志
F_GETLK 获取文件锁
F_SETLK 设置文件锁
F_GETOWN 获取信号处理
F_SETOWN 设置信号处理
第三个：操作命令的参数，比如说设置文件描述符，设置成多少需要用第三个
返回值：如果是错误 返回-1
返回文件描述符 返回文件锁 返回状态标志
第一个重点： 文件状态获取和设置（可读可写）
获取状态标志：通过第二个参数 F_GETFL 来获取到现有的状态标志。例如O_REDONLY ，O_WRONLY， O_RDWR，然后用int变量接受，则得到的属性存入到了int中，
把得到的返回值和某一个属性例如O_REONLY进行按位与操作
增加状态标志： 通过第二个参数F_SETFL来设置，第三个参数是设置的内容，我们可以通过 返回值 |= 你想为期增设的标志，最后调用fcntl函数保存标志。
删除状态标志： 通过第二个参数F_SETFL来设置，第三个参数是设置的内容，我们可以通过 返回值 &=你想为期增设的标志的~来设置，最后调用fcntl函数保存标志。
第二个重点 ：设置IO设备非堵塞 F_SETFL
设置： O_NONBLOCK 属性。
第一种设置方式： 在open的时候添加非堵塞属性
第二种设置方式：使用fcntl函数添加非堵塞属性。
第三个重点：设置文件锁 F_SETLK F_GETLK
对文件枷锁后，只允许一个进程读写，其他进程等待读写，直到解锁。
struct flock {
...
short l_type; /* 锁的类型: F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */
short l_whence; /*偏移量的起始位置，枷锁的参考位置 SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */
off_t l_start; /* 正数表示往后偏移后枷锁， */
off_t l_len; /* 枷锁多少个字节 */ 如果字节数为0默认为偏移位置到文件结束。
pid_t l_pid; /* 锁的进程id号
...
};
代码：先定义机构体，给结构体成员赋值，fcntl(fd,F_SETLK,&结构体)；
struct flock lock;
lock.type =F_RDLCK;
lock.whence = SEEK_SET;
lock.start = 3;
lock.len = 0;
fcntl(fd,F_SETLK,&lock);
文件IO第二天
一、
- 缓冲区： 标准io是有缓冲区的，输入输出数据先放入缓存，当缓存满了或者缓存遇到\n则会刷新，把数据刷新到屏幕等。
#include
int fflush(FILE *stream);
作用：刷新缓存区，需要用到FILE，因为文件IO是没有缓存区的，可以刷新输入缓存或者输出缓存，例如 fflush(stdout);
引入： open 使用创建属性 O_CREAT, 0666
1.创建文件 【重点】
函数原型： int creat(const char *pathname, mode_t mode);
头文件：#include
#include #include
参数：pathname 文件名/文件路径
mode 创建模式 0666
先从终端 输入一个文件名，如果文件存在则打印存在，如果不存在则创建文件。 ./a.out danny.txt
练习：从终端输入文件名的参数，先判断文件是否存在，如果不存在则创建。
2. fcntl文件加锁
对文件枷锁后，只允许一个进程读写，其他进程等待读写，直到解锁。
struct flock {
...
short l_type; /* 锁的类型: F_RDLCK, F_WRLCK, F_UNLCK */
short l_whence; /*偏移量的起始位置，枷锁的参考位置 SEEK_SET, SEEK_CUR, SEEK_END */
off_t l_start; /* 正数表示往后偏移后枷锁， */
off_t l_len; /* 枷锁多少个字节 */ 如果字节数为0默认为偏移位置到文件结束。
pid_t l_pid; /* 锁的进程id号
...
};
代码：先定义机构体，给结构体成员赋值，fcntl(fd,F_SETLK,&结构体)；
struct flock lock;
lock.type =F_RDLCK;
lock.whence = SEEK_SET;
lock.start = 3;
lock.len = 0;
fcntl(fd,F_SETLK,&lock);
二. 时间函数
1. 函数原型： time_t time(time_t *); 【重点】
参 数： timt_t为 long int类型 的指针 或者NULL
返 回 值：从公元1970年1月1号UTC 0点0分0秒到现在的秒数。
2. 函数原型：char *ctime(const time_t *);【重点】
参 数： time_t 是从1970年1月1号0点到现在的时间 time();
返回值： 时间字符串信息，本地时间的日期和事件
作用：获取本地时间，会自动在时间字符串后面加 \r \n自动换行
3.函数原型： struct tm *gmtime(const time_t *);
作用：转换成真实世界所使用的时间和日期表示方式，返回给tm结构体
参数： time_t是从1970年到现在的秒数 time函数的返回值
返回值： tm结构体，保存的是真实世界的时间。
结构体信息如下：
struct tm {【重点】
int tm_sec; /* 秒数 [0-60] (1 leap second) */
int tm_min; /* 分钟数 [0-59] */
int tm_hour; /* 小时 [0-23] */
int tm_mday; /* 一个月中的日期 [1-31] */
int tm_mon; /* 月份[0-11] */
int tm_year; /* 年份 - 1900. */
int tm_wday; /* 周中的天数（星期数）. [0-6] */
int tm_yday; /* 一年中的哪一天.[0-365] */
}
4. 函数原型：char *asctime(const struct tm *);
参数： tm* 结构体指针，保存的是国际时间的结构体信息
作用： 把国际时间转换成本地时间字符串
返回值：时间字符串
5. 函数原型： struct tm *localtime(const time_t *); 【重点】
参 数： time_t 是time()函数的返回值
作 用： 把1970年1月1号到现在的秒数转换成本地时间
返 回 值： tm结构体指针
6. 函数原型： time_t mktime(struct tm *tm);
参数： tm*的结构体
返回值： time_t 在time函数中的参数中用过
作用： 把tm结构体的时间转换成1970年1月1号到现在的秒数。
三、文件属性函数
函数原型： int stat(const char *pathname, struct stat *buf);【重点】
头 文 件： #include #include #include
作 用： 获取文件的属性信息
参 数： pathname 文件路径或者文件名 buf 是结构体指针，保存的是文件属性信息
返 回 值： 如果成功返回0 如果是失败返回-1
结构体解析：
struct stat {
dev_t st_dev; /* 文件使用的设备号 */
ino_t st_ino; /* inode 设备的次设备号*/
mode_t st_mode; /* 文件的属性（目录 设备 链接）文件对应的模式 */
nlink_t st_nlink; /* 硬链接数*/
uid_t st_uid; /* 拥有者的用户ID */
gid_t st_gid; /* 组用户id */
dev_t st_rdev; /* 设备id */
off_t st_size; /* 文件的总字节数*/
blksize_t st_blksize; /* 磁盘块大小4k */
blkcnt_t st_blocks; /*占用的磁盘数 */
struct timespec st_atim; /* 最后一次访问的时间 */
struct timespec st_mtim; /* 最后一次修改的时间 */
struct timespec st_ctim; /* 最后一次改变状态的时间 */
}
详解stat结构体中的 st_mode;
总共16位 （short类型）
文件类型属性：（st_mode; 的前4位）
S_ISDIR(m) 目录文件
S_ISCHR(m) 字符设备
S_ISBLK(m) 块设备
S_ISFIFO(m) 管道设备
S_ISLNK(m) s连接设备
S_ISSOCK(m) 网络设备
文件权限（ （st_mode; 的后9位））
S_IRWXU 00700 拥有者有可读可写可执行权限 rwx
S_IRUSR 00400 拥有者有可读权限 r
S_IWUSR 00200 拥有者有可写权限 w
S_IXUSR 00100 拥有者有可执行权限 x
S_IRWXG 组的权限 S_IRGRP S_IWGRP S_IXGRP
S_IRWXO (other)其他人权限 S_IROTH S_IWOTH S_IXOTH
3.2 删除文件 remove()调用unlink 【重点】
#include
函数原型：int unlink(const char *pathname);
返回值： 0表示成功 -1表示失败
作用： 删除文件
3.3 截取文件内容 【重点】
函数原型： int truncate(const char *path, off_t length);
头文件：#include #include
参 数 ： path 文件路径 或者文件名
length 需要截取的长度
返回值： 0表示成功 -1表示失败
函数作用： 从path文件中文件首位置开始截取length个字节。
3.4 文件权限修改
#include
函数原型： int chmod(const char *pathname, mode_t mode);
参 数 ： pathname 文件名
mode是文件新的权限 0666
作用： 修改文件权限
返回值： 如果成功返回0 失败返回-1
3.5 修改权限掩码
#include
#include
函数原型： mode_t umask(mode_t mask);
参数： mask 新的权限掩码
返回值： 返回老的权限掩码
四、目录操作函数
#include
#include
函数原型：int mkdir(const char *pathname, mode_t mode); 【重点】
作用： 创建目录
参数： pathname 文件路径 目录路径 目录名
mode 创建权限 0777
返回值： 成功0 失败-1
#include
函数原型：int rmdir(const char *pathname); 【重点】
作用： 删除目录 （空目录）
参数： pathname 目录
返回值： 成功0 失败-1
#include
#include
函数原型： DIR *opendir(const char *name); 【重点】
作用： 打开目录 相当于cd 目录名
参数： name 目录名
返回值： dir的结构体指针
#include
#include
函数原型： int closedir(DIR *dirp); 【重点】
参数： dirp 是opendir的返回值
作用： 关闭目录
返回值： 成功0 失败-1
#include
函数原型： struct dirent *readdir(DIR *dirp); 【重点】
参数： dirp 结构体指针
返回值： 独到的文件或者目录信息 dirent结构体指针，失败返回NULL
作用： 读取目录，按照文件一个一个的读取。
返回值结构体：struct dirent {
ino_t d_ino; /* inode 数目 次设备号 inode节点 */
off_t d_off; /*现在偏移的位置*/
unsigned short d_reclen; /* 目录的长度 */
unsigned char d_type; /* 文件类型 d s l c b */
char d_name[256]; /* 文件名 */
};
struct dirent中d_type中的宏定义如下：
DT_BLK 块设备 DT_CHR 字符设备 DT_DIR 目录 DT_REG 普通文件 DT_LNK 连接
文件IO第三天
一、目录函数
#include
#include
函数原型：void rewinddir(DIR *dirp);
函数参数： dirp 这个是open的返回值
作 用：重新设置目录的起始位置，把目录偏移设置到起始位置。
函数原型 void seekdir(DIR *dirp, long loc);
函数参数：dirp 是open的返回值
loc 是目录起始位置到偏移位置的长度（偏移量）
作用：设置目录的偏移
函数原型： long telldir(DIR *dirp);
函数参数： open的返回值 DIR*的结构体指针。
返 回 值： 当前目录的偏移位置
作 用： 查看当前目录的偏移位置
#include
函数原型： int chdir(const char *path);
函数作用： 跳转到某一个目录中
参数 ： 需要跳转的目标目录
二、库文件基础
2.1库文件特点：
对源文件屏蔽 。
尊重开发者的知识产权
使用方便，方便开发。
2.2 库文件概念
本质是上库文件是可执行的二进制文件，可以被操作系统载入内存执行
库是别人写好，成熟的，可以重复使用的某一部分功能。
windows和linux的库文件是不一样的，不兼容。
2.3 库文件分类
动态库：（在windows下是dll结尾，在linux下是.so文件）
1>在程序运行的时候加载到目标程序中，编译不检测。
2> 代码小 ，程序升级简单
3>实现资源共享
静态库：（在windows下是lib文件，在linux下是.a文件）
1>在程序编译阶段连接到目标文件
2>体积大，不利于程序的更新
3>程序运行运行过程中不需要静态库，移植方便。
注意：动态库和静态库是寄生虫，没办法单独运行，单独使用。
三、静态库编写
第一步：创建一个源文件和头文件 比如说xx.c xx.h
第二步： 在文件中按照多文件编译写需要的函数代码。
第三步：将库的源文件编译成目标文件 xx.o
gcc -c x.c -o xx.o
第四步： 将目标文件制作成静态库(lib库名.a)
命令：ar crs lib库名.a -o xxx.o
第五步： 编写测试代码 有main函数的代码（调用静态库函数）
第六步: 编译xx.c文件同时链接库文件
gcc -o abc xxx.c -L 目录 -l 库名
第七步：执行可执行程序
注意： gcc -o abc xxx.c -L 目录 -l 库名中 -L后不可以有空格， -l后也不可以有空格， -l后直接加静态库名称不需要加lib的前缀和.a后缀
四、动态库编写
第一步：创建一个源文件和头文件 比如说xx.c xx.h
第二步： 在文件中按照多文件编译写需要的函数代码。
第三步：将库的源文件编译成目标文件 xx.o
命令： gcc -fPIC -c xxx.c
fPIC 创建和地址无关的编译程序
第四步：将.o文件编译成动态库(产生了xx.so)
命令：gcc -shared -fPIC -o xxxx.so xxx.o
第五步： 编写测试代码 有main函数的代码（调用动态库函数）
第六步：将编译的xx.c文件编译连接动态库
命令： gcc -o abc xxx.c -L目录 -l库名
第七步： 运行可执行程序。
注意： 在编译完so文件后，需要放入到/lib 或者/usr/lib下
在gcc时 -L不可以省略 并且 -l后如果加空格则需要加动态库的后缀名 如果不加空格 则直接使用名称不用后缀。
运行时动态库必须存在，否则没法找到函数地址，运行出错，但静态库不会，编译完成后删除不会影响代码运行。