Linux C文件操作

linux下的文件操作包括两种，一种是使用C函数，一种是使用系统调用。

• gcc 常用来实现c程序的编译
• gcc filename.c 编译，链接（自动）后输出可执行文件a.out
• 只是输入./a.out就可以执行filename程序
• gcc -o filename filename.o 可以生成一个filename的可执行文件，直接执行filename就可以直接执行代码中的内容（与上一条相比，只是执行输出的名称）
• gcc -S filename.c 可以生成一个filaname.s的汇编文件，汇编文件与底层执行时一一对应的，可以用来调试
• gcc -O 可以用来编译优化，但是不是所有情况下都可以做编译优化。
• 还可以使用gcc -c filename.c和gcc -o filename filename.o分步编译、链接

文件操作函数

文件操作函数包括fopen、fgetc、fputc函数等，这是标准的C函数

// 把file.in中给的内容输出给file.out
#include
#include

int main(){
	int c;
	FILE *in,*out;//定义两个文件指针类型
	in=fopen("file.in","r");//以只读的方式打开file.in文件，成功后返回文件指针in
	out=fopen("file.out","w");//以只写的方式打开file.out文件，成功后返回文件out
	while((c=fgetc(in))!=EOF)//从in文件中读，把读出来的数据写到out中
		fputc(c,out);
	fclose(in);
	fclose(out);
	exit(0);
}

• FILE * fopen(char *path,char *mode)，第一个参数表示路径，第二个参数表示模式，fopen的返回值是一个文件指针，如果文件打开失败则返回一个NULL，可以使用fclose()函数关闭文件：

  • 模式包括
  • r表示以只读的方式打开，文件指针指向了文件的起始位置，r表示的文件必须存在。
  • w表示以写入的方式打开，如果文件不存在则创建文件，如果文件存在则先清空文件。
  • a表示以追加模式打开，对一个文件的写入，如果文件不存在就创建文件，如果文件存在就在文件末尾追加内容。
  • 如果后面有+表示可读写；
  • 如果后面有b表示打开的是二进制文件
  • 如果后面有t表示打开的是文本文件。

• char *fgets(char *s,int size,FILE *stream)表示从指定的文件中读下一个字符，返回一个没有符号的字符，或者EOF（end of file），需要读的文件必须是读或者读写的方式打开的，并且文件存在。

• fputc(char c,FILE * fp)把内容写入到指定文件。

• 可以使用diff file.in file.out比较两个文件的内容，没有输出表示两个文件一模一样。

• fclose，最重要的是把文件从内存中写回磁盘。

为了程序的健壮性，可以把以上的文件改为以下，防止读的文件没有权限或者不存在

// 把file.in中给的内容输出给file.out
#include
#include

int main(){
	int c;
	FILE *in,*out;//定义两个文件指针类型
	if((in=fopen("file.in","r"))==NULL){//以只读的方式打开file.in文件，成功后返回文件指针in
		print("file.in文件不存在！")
		return 0;
	}
	out=fopen("file.out","w");//以只写的方式打开file.out文件，成功后返回文件out
	while((c=fgetc(in))!=EOF)//从in文件中读，把读出来的数据写到out中
		fputc(c,out);
	
	exit(0);
}

文件系统调用

文件描述符以及open、read、write

#include
#include
#include
#include

int main(){
	char block[1024];
	int in,out;
	int nread;
	
	if((in=open("file.in",O_RDONLY))==-1){// 3
		print("文件打开错误！");
		return 0;}
	out=open("file.out",O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR);// 4
	while((nread=read(in,block,sizeof(block)))>0)
		write(out,block,nread);

	return 0;
}

• int open(constchar*pathname,int flags,mode_t mode);如果成功则返回一个文件描述符（integer，小的非负整数且没有被使用过），否则返回-1；对于open函数来说，第三个参数当且仅当创建新文件（使用O_RDONLY）才是用，用于指定文件的访问权限，比如权限为777；pathname表示要打开或者创建的文件的路径名；flags表示指定文件的打开模式，flags的值包括以下，打开或者创建文件时，至少要使用一个以下命令：

  • O_RDONLY：只读模式
  • O_WRONLY：只写模式
  • O_RDWR：读写模式
  • O_CREAT：文件不存在时创建文件

• mode的值包括以下

  • S_IRUSR：允许文件的所有者阅读它
  • S_IWUSR：允许文件所有者写它
  • S_IRGRP：允许文件组读取它
  • S_IWGRP： 允许文件组编写它

linux下任何一个进程都有3个默认打开的文件描述符：0表示标准输入（键盘），1表示标准输出（显示器），2表示标准错误输出（显示器）

• ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);表示读取指定字节数的数据到缓冲区buff中，同时文件的当前位置向后移动；读取成功返回读取的字节数，出错返回-1并且设置errno，如果在调用read之前已经到达文件末尾则返回0（例如，距文件末尾还有30个字节而请求读100个字节，则read返回30，下次read将返回0）；

• ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); 成功返回写入的字节数，出错返回-1并设置errno写常规文件时

系统调用与标准函数c的调用的区别

使用time 文件路径，可以知道文件运行所需要的时间
使用scrace 文件路径，可以跟踪文件

• 使用fgetc或者fputc的时候，它底层的调用还是调用了read和write，但是在读取的时候做了一个系统的优化，也就是一次性读取了多个字节的内容，表面上看起来只读取一个字符，实际上底层中读取的是多个字节的字符。

• 注意系统调用这个读写位置和使用C标准I/O库时的读写位置有可能不同，这个读写位置是记在内核中的，而使用C标准I/O库时的读写位置是用户空间I/O缓冲区中的位置。比如用fgetc读一个字节，fgetc有可能从内核中预读1024个字节到I/O缓冲区中，再返回第一个字节，这时该文件在内核中记录的读写位置是1024，而在FILE结构体中记录的读写位置是1。

文件的读取位置

标准c函数

标准的c函数中，不可以对FILE的文件指针直接进行++，–，可以使用fseek函数来控制文件的读写指针。

• int fseek(FILE *stream, long offset, int fromwhere);重定位流上的文件指针，函数设置文件指针stream的位置。如果执行成功，stream将指向以fromwhere为基准，偏移offset个字节的位置。如果执行失败(比如offset超过文件自身大小)，则不改变stream指向的位置；返回值: 成功，返回0，否则返回其他值；第一个参数stream为文件指针；第二个参数offset为偏移量，整数表示正向偏移，负数表示负向偏移；第三个参数origin设定从文件的哪里开始偏移,可能取值为：

  • SEEK_SET： 文件开头，用0表示
  • SEEK_CUR： 当前位置，用1表示
  • SEEK_END： 文件结尾，用2表示

• fseek(fp,100L,0);把fp指针移动到离文件开头100字节处；
  fseek(fp,100L,1);把fp指针移动到离文件当前位置100字节处；
  ffseek(fp,-100L,2)；把fp指针退回到离文件结尾100字节处。

系统调用

系统调用使用lseek来调用文件的文件位置，与c函数调用相比，c文件调用使用的是文件指针，而系统调用使用的是文件描述符号

• off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence)；fd表示函数描述符，参数含义与上面的c函数调用一致。

空洞文件

可以使用以上的fseek和lseek去创建一个空洞文件
① 空洞文件就是这个文件有一段是空的；
② 普通文件中间不能有空，write文件时从前往后移动文件指针，依次写入；
③ 用lseek往后跳过一段，就形成空洞文件；
④ 空洞文件对多线程共同操作文件非常有用。需要创建一个很大文件时，从头开始依次创建时间很长，可以将文件分成多段，多个线程操作每个线程负责其中一段的写入。

文件的内存映射操作

• mmap是一种内存映射文件的方法，即将一个文件或者其他的映射对象映射到进程的地址空间，实现文件磁盘地址和进程虚拟控件中一段虚拟地址的映射关系。实现这种映射关系之后，进程可以采用指针的方式读写操作这一段内存，而系统会自动回写脏页面到对应的文件磁盘上，也就是对文件的操作不必调用read或者write等系统调用函数，相同的，在内核空间内这一段的区域也直接改为用户空间，从而实现不同进程的文件的共享。
• 使用mmap进行映射，会得到一个磁盘和某一个文件的地址相同的地址，当往这个地址写内容的时候，内容会直接写到文件中，比正常的系统调用要少一次拷贝的过程。

• 正常调用写文件的流程图
  

• mmp内存映射写文件的流程图
  

• void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset)第一个参数表示映射的地址，如果地址设置为NULL，内核会自动挑一个地址来进行映射；第二个参数表示映射有多长；第三个参数描述了要求的内存保护，包括PROT_EXEC，PROT_READ，PROT_WRITE，PROT_NONE；最后一个参数表明如果对内存进行修改能否被其他的进程看到，包括MAP_SHARED和MAP_PRIVATE。

#include
#include
#include
#include
#include

typedef strucy{
	int integer;
	char string[24];
}RECORD;

#define NRECORDS(100)

int main(){
	RECORD record,*mapped;
	int i,f;
	FILE *fp;
	
	fp=fopen("records.dat","w+");
	for(i=0;i<NRECORDS;i++){
		record.integer=i;
		sprintf(record.string,"RECORD-%d",i);
		fwrite(&record,sizeof(record),1,fp);//写record的数据，长度为record的大小，写一次，写到fp文件中
	}
	fclose(fp);
	
	fp=fopen("records.dat","r+");
	fseek(fp,43*sizeof(record),SEEK_SET);
	fread(&record,sizeof(record),1,fp);
	//修改fp的数据
	record.integer=143;
	sprintf(record.string,"RECORD-%d",record.integer);
	
	//修改后写回
	fseek(fp,-1*sizeof(record),SEEK_CUR);
	fwrite(&record,sizeof(record),1,fp);
	fclose(fp);

	//----------------------------------------------------------
	//使用mmap
	f=open("records.dat",O_RDWR);
	mapped=(RECORD *)mmap(0,NRECORDS*sizeof(record),PROT_RDAD|PROT_WRITE，MAP_SHARED,f,0);//第一个参数0表示内核挑选映射的地址；第二个参数表示映射的大小；第三个参数表示权限，可读可写；第四个参数表示可以共享；第五个参数表示被映射的文件；第六个参数表示映射从文件起始的位置开始的偏移量。执行完成后，整个文件全部映射到内存中，相当于一个数组mapped
	mapped[43],integer=243;
	sprintf(mapped[43].string,"RECORD-%d",mapped[43].integer);//操作数组一样操作内存
	msync((void*)mapped,NRECORDS*sizeof(record),MS_ASYNC);//把内存和辅存中的文件同步起来
	munmap((void*)mapped,NRECORDS*sizeof(record));//解开映射
	close(f);
	
	return 0;
}

文件目录

文件目录对应的是文件的属性信息，FCB文件控制块，存放文件的属性信息；文件的属性信息与文件的实体不是存在在一个位置上的，把文件的属性信息存放在一个位置，这一类的文件叫做目录文件，也就是windows上的文件夹

#include
#include
#include
#include
#include
#include

void printdir(char *dir,int depth){
	DIR *dp;
	struct dirent *entry;
	struct stat statbuf;
	if((dp=opendir(dir))==NULL){
		fprintf(stderr,"cannot open directory:%s\n",dir);
		return;
	}
	chdir(dir);
	while((entry=readdir(dp))!=NULL){
		lstat(entry->d_name,&statbuf);
		if(S_ISDIR(statbuf.st_mode)){
			if(strcmp(".",entry->d_name)==0||strcmp("..",entry->d_name)==0)
				continue;
		printf("%*s%s/\n",depth,"",entry->d_name);
		printdir(entry->d_name,depth+4);//递归调用，深度优先搜索
		}
		else printf("%*s%s\n",depth,"",entry->d_name);
	}
	chdir("..");
	closedir(dp);
}

int main(){
	printf("Directory scan of /home:\n");
	printdir("/home",0);
	printf("done\n");
	return 0;
}