Linux：初识IO流

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前言

下面将介绍一些基础IO流的相关知识，主要涉及c语言的文件接口，系统调用的文件操作接口，文件描述符(重点)，重定向。

一、C语言中的文件接口

这是对C语言中的常用文件接口进行简单复习，有利于更好的认识io流，也是为接下来的知识做铺垫。
1.fopen函数

参数分析：
path表示待要打开的文件。
mode表示要以何种方式打开。打开方式的分类：
r：可读方式
r+：可读可写方式
w：可写方式
w+：可读可写方式，如果文件不存在，则创建文件，如果打开一个已经存在的文件，则截断文件(清空文件内容)
a：追加写，不能读，如果文件不存在，则创建文件，存在则在文件末尾开始追加写
a+：追加写，可以读，如果文件不存在，则创建文件，存在则在文件末尾开始追加写
返回值：打开文件成功则返回文件流指针 FILE，失败则返回NULL
2.fread函数

参数分析：
ptr：将从文件中读到的内容保存在ptr指向的空间中
size：定义读文件时，一个块的大小，单位为字节
nmemb：期望可以从文件中读多少块，size*nmemb相当于从文件中读多少字节
stream：表示文件流指针
返回值：返回真正读取到块的个数，常将块的大小size定义为1个字节，nmemb可以表示期望读多少字节，返回的含义就相当于读到了多少字节
3.fwrite函数

参数分析：
ptr：想往文件中写什么内容
size：定义写文件时，一个块的大小，单位为字节
nmemb：期望写多少块
stream：表示文件流指针
返回值：返回真正写到块的个数，常将块的大小size定义为1个字节，nmemb可以表示期望写入的字节数，返回的含义就相当于写入了多少字节
4.fseek函数

参数分析：
stream：表示文件流指针
offset：表示偏移量
whence：表示将文件流指针偏移到什么位置，whence通常有三种偏移量设置
SEEK_SET：定义文件流指针到文件头部
SEEK_CUR：定义文件流指针到当前位置
SEEK_END：定义文件流指针到文件尾部
5.fclose函数

关闭文件
例：

运行结果如下，如果不使用fseek函数重置文件流指针的位置，文件流指针是指向了写入内容的尾部，则读不出结果

二、系统调用的文件操作接口

1.open函数
当打开的文件存在时，调用以下接口当打开的文件不存在时，调用以下接口
参数分析：
pathname：表示待要打开的文件
flags：表示以何种方式打开
其中必选的打开方式三选一：
O_RDONLY：只读方式
O_WRONLY：只写方式
O_RDWR：读写方式
可选的打开方式：
O_TRUNC：截断文件(清空文件内容)
O_CREAT：文件不存在则创建文件
O_APPEND：追加的方式
O_EXCL | O_CREAT：如果文件存在，则打开文件失败
这些打开方式，是使用按位或的方式进行组合
如：O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND
mode：表示打开文件时需要设置的权限，需要传递一个八进制数字
返回值：成功则返回文件描述符，失败返回-1
2.read函数

参数分析：
fd：文件描述符
buf：表示将内容读到buf所指向的空间中
count：期望读多少字节
返回值：返回读到的字节数量
3.write函数

参数分析：
fd：文件描述符
buf：表示将buf中的内容写到文件中去
count：期望写多少字节
返回值：返回写入的字节数量
4.lseek函数

fd：文件描述符
offset：表示偏移量
whence：表示将文件流指针偏移到什么位置，whence通常有三种偏移量设置
SEEK_SET：定义文件流指针到文件头部
SEEK_CUR：定义文件流指针到当前位置
SEEK_END：定义文件流指针到文件尾部
5.close函数

关闭文件描述符

三、文件描述符

1.认识文件描述符
当我们成功打开一个文件时，返回值是一个文件描述符，这个文件描述符是一个正整数.
从操作系统源码来看文件描述符，如下图：

操作系统所管理的task_struct结构体中有一个叫struct files_struct * files的结构体指针，这个结构体指针指向一个叫struct files_struct的结构体，结构体中有一个叫fd_array的数组，数组的每一个元素是结构体指针，指向一个描述文件具体信息的结构体。而文件描述符就是fd_array数组的下标，这也是文件描述符为什么是正整数的原因。其中，0，1，2分别表示标准输入，标准输出和标准错误，每个文件打开都会默认包含这三个文件描述符。
2.文件描述符的分配规则
最小未分配原则。正常情况下如果新打开一个文件，这个文件描述符是从0，1，2之后也就是从3开始分配，例：如果在打开之前关闭了0号标准输入，则新打开的文件描述符则被分配到0 ，1，2同理
3.文件流指针和文件描述符的区别
①文件描述符本质是数组的下标
②而c语言中fopen的返回值就是文件流指针，文件流指针的结构如下图：文件流指针当中包含的读缓冲区和写缓冲区与exit和_exit函数刷新的缓冲区是一样的。
结论：文件流指针当中是包含文件描述符的，并且一个文件流指针中只能保存一个文件描述符

四、重定向

1.重定向的符号
①>：表示清空重定向
②>>：表示追加重定向

2.从文件描述符角度理解追加重定向

上图是文件描述符的结构，echo重定向是想要把我们在屏幕上输入的内容重定向到文件当中去。从文件描述符的角度，则是把标准输出的文件描述符1即struct file*的指向，从原来改成指向新文件。
3.重定向的接口(dup2函数)

oldfd：旧的文件描述符。
newfd：新的文件描述符。
例：想把“abc”重定向到3号文件描述符表示的文件当中，3号文件描述符就是oldfd，1号文件描述符就是newfd。实际是newfd拷贝oldfd的值，将newfd重定向为oldfd。调用成功则关闭newfd，让newfd指向oldfd。有两种情况会导致调用失败1.newfd和oldfd值相等，则dup2函数什么都不做2.oldfd是一个非法的文件描述符，或不存在文件描述符，则肚dup2函数调用失败，并且没有关闭newfd。