嵌入式软件开发 day14(标准IO 文件IO)
APUE
IO:
标准io(std)（5）
文件io(sys)（3）
高级io(adv)（14）（阻塞的，非阻塞的）
并发：
多进程+信号（10，8）
多线程（11，12）
IPC:
PIPE管道（15）
XSI：msg,sem,shm（15）
SOCKET(套接字跨网络的，不在一台主机上的)：dgram,stream（16）
杂:4,6,7,9,13
标准IO
IO：inpute & output 是一切实现的基础
stdio=>标准io 贯穿始终的类型：FILE* <- fopen()
常见标准IO函数
fopen
fclose
fread
fwrite
fseek
fflush
强制把IO缓存区的数据写入到页缓存区
文件IO五大模式
- 阻塞模式
- 非阻塞模式
- IO多路复用
- 异步IO
- 信号驱动IO
标准IO移植性比较好，可以在不同内核下的平台上使用
标准化函数依赖于系统调用
一、fopen() & fclose()
1.1 fopen()
描述：使用给定的模式 mode 打开 pathname 所指向的文件(打开文件)
头文件：
#include 函数原型：
FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
//FILE *fdopen(int fd, const char *mode);
//FILE *freopen(const char *pathname, const char *mode, FILE *stream);
- pathname – 文件路径
- mode – 打开模式
用法：
FILE *fp;
fp = fopen("tmp.log","w");
fp = fopen("/home/user/tmp.log","w");
模式：
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| r | 以只读形式打开文件，流被被定位到文件起始位置 |
| r+ | 以读和写形式打开文件，流被定位到文件起始位置 |
| w | 清空文件或创建文件去写，流被定位到文件起始位置 |
| w+ | 以读和写的形式打开文件，文件有则清空，无则创建，流被定位到文件起始位置 |
| a | 以写入文件末尾的方式打开文件，流被定位到文件末尾位置 |
| a+ | 以读的方式，流被定位到文件起始位置，以写的方式，流被定位到文件末尾位置 |
注意：
r/r+：要读的文件必须是已经存在的
以传入的字符串开头为模式，不管字符串后边是什么
例："rwa+" => 以r开头 => 只读 "read" => 以r开头 => 只读文件末尾的位置，指针指向的是文件中最后一个元素下一个位置的地址空间
返回值：
成功：返回FILE 指针
失败：空指针
返回值为指针类型：存放在堆或静态区上，不存放在栈上
注意：
不可能存放在栈上，栈存放局部变量，局部变量的生命周期只在函数内有效
存放在静态区时要在一个操作完全执行完再进行另一个操作，否则会覆盖，丢失数据
存放在堆上会有内存的申请和释放
1.1.1 errno
描述：通过系统调用设置的,在错误事件中的某些库函数表明了什么发生了错误，涵盖了系统所有可能的出错情况
头文件：
#include 存放路径：
/usr/include/asm-generic/errno.h
/usr/include/asm-generic/errno-base.h
1.1.2 perror
描述：把一个描述性错误消息输出到标准错误 stderr。首先输出字符串 s，后跟一个冒号，然后是一个空格。只会输出最近一次的错误提示。
头文件：
#include 函数原型：
void perror(const char *s);
用法：
perror("fopen()");
1.1.3 strerror
描述：打印errno的错误号所描述的内容
头文件：
#include 函数原型：
char *strerror(int errnum);
用法：
printf("fopen():%s\n",strerror(errno));
1.1.4 命令：ulimit
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| -a | 显示全部命令 |
| -n | 更改打开文件最大数量 |
open file (-n) 1024
ulimit -n 2000
open file (-n) 2000
拓展
用man手册查看：setlimit，setrlimit
在系统创建进程中，建进程时的三个默认的文件描述符（stdin(标准输入) stdout(标准输出) stderr(标准出错)） Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符
三个进程都是FILE *类型。
1.2 fclose()
描述：关闭文件
头文件：
#include 函数原型：
int fclose(FILE *stream);
用法：
fclose(fp);
返回值：
成功：返回0
失败：返回EOF(系统宏定义为-1)
1.3 代码演示
#include 二、fgetc() & fputc()
文件的位置指针像眼睛一样，顺次向后操作，读完这个位置，移动到下个位置
2.1 fgetc()
描述：从指定的流 stream 获取下一个字符（一个无符号字符），并把位置标识符往前移动 （从文件读一个字符）
头文件：
#include 函数原型：
int fgetc(FILE *stream);
返回值：
成功：该函数以无符号 char 强制转换为 int 的形式返回读取的字符
失败：返回EOF(系统宏定义为-1)
2.2 fputc()
描述：把一个指定的字符，输出到目标文件中去 （往文件写一个字符）
头文件：
#include 函数原型：
int fputc(int c, FILE *stream);
返回值：
成功：返回非负数
失败：如果到达文件末尾或发生读错误，则返回 EOF(-1)。
2.3 代码演示
将一个文件内容拷贝到另一个文件中去
功能：由终端输入待操作的两个文件，实现以单个字符为单位进行文件拷贝
#include 三、fscanf() & fprintf()
3.1 fscanf()
描述：可以来自打印机…不只是来自于键盘输入
头文件：
#include 函数原型：
int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
返回值：
成功：该函数返回成功匹配和赋值的个数
失败：如果到达文件末尾或发生读错误，则返回 EOF
3.2 fprintf()
描述：发送格式化输出到流 stream 中。
头文件：
#include 函数原型：
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...)
返回值：
成功：如果成功，则返回写入的字符总数
失败：返回一个负数
四、fgets() & fputs()
4.1 fgets()
描述：从指定的文件(流 stream )读取一行，并把它存储在 s 所指向的字符串内
头文件：
#include 函数原型：
char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
- s – 可写的空间起始位置
- size – 长度
- stream – 从哪个文件取
fgets函数有两种情况可以导致其读取行为正常结束
1.读到了size-1个字节
2.读到了’\n’
返回值：
成功：返回空间的起始位置
失败：返回空指针
4.2 fputs()
描述：给我一个字符串的起始位置，把字符串写入到指定的流 stream 中，但不包括空字符。
头文件：
#include 函数原型：
int fputs(const char *s, FILE *stream);
- s – 存放代写入的数组
- stream – 要被写入字符串的文件
返回值：
成功：返回一个非负值
失败：返回EOF(系统宏定义为-1)
4.3 代码演示
#include 将一个文件内容拷贝到另一个文件中去
功能：由终端输入待操作的两个文件，实现以字符串为单位进行文件拷贝
#include 五、fread() & fwrite()
头文件：
#include 5.1 fread()
描述：从指定的文件流stream中取数据，取nmemb个对象，一个对象size大小，读到指针所指向的ptr数组中去
函数原型：
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
- ptr–要存入的数组指针
- size–读取的每个元素的大小
- nmemb–对象个数，每个对象的大小为 size 字节
- stream–指定要读的文件
5.2 fwrite()
描述：从指针ptr所指向的数组中取数据，一个对象size个大小，取nmemb个对象，写到文件指针(流stream)所指向的文件中去
函数原型：
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb,FILE *stream);
- ptr – 要被写入的元素数组的指针
- size – 要被写入的每个元素的大小
- nmemb – 元素的个数，每个元素的大小为 size 字节
- stream – 指定了一个输出文件(流)
返回值：
== 成功读入或写出的对象个数==
注意：
fread(buf,1,32,fp);//推荐数据量充足 = 32
文件中只有5个字节 = 5
fread(buf,32,1,fp);//不推荐数据量充足 = 1
文件中只有5个字节 = 0
5.3 代码演示
将一个文件内容拷贝到另一个文件中去
功能：由终端输入待操作的两个文件，实现以单字节为单位进行文件拷贝
#include 六、fseek() & ftell()
头文件：
#include 6.1 fseek()
描述：设置文件指针位置偏移offset个字节
函数原型：
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
- stream – 这是指向 FILE 对象的指针(文件流)
- offset – 这是相对 whence 的偏移量，以字节为单位( -向前偏移，+向后偏移)
- whence – 这是表示开始添加偏移 offset 的位置。它一般指定为下列常量之一：
| 常量 | 描述 |
|---|---|
| SEEK_SET | 文件的开头 |
| SEEK_CUR | 文件指针的当前位置 |
| SEEK_END | 文件的末尾 |
返回值：
成功：0
失败：-1，并且设置errno
6.1.1 rewind()
描述：设置文件位置指针到文件开始处
6.2 ftell()
描述：反馈文件位置指针在哪，以字节为单位开始数
函数原型：
long ftell(FILE *stream);
- stream – 这是指向 FILE 对象的指针(文件流)
返回值：
成功：该函数返回位置标识符的当前值(整型数)
失败：则返回 -1L，全局变量 errno 被设置为一个正值。
6.3 代码演示
功能：文件位置指针
#include 七、fflush()
描述：刷新流 stream 的输出缓冲区
头文件：
#include 函数原型：
int fflush(FILE *stream);
- stream – 这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象指定了一个缓冲流。
返回值：
成功：0
失败：EOF
7.1 拓展
缓冲区:暂存空间,大多数情况下,缓冲区的存在是件好事,作用合并系统调用
行缓冲:stdout,换行时,满了时,强制刷新
全缓冲:默认,(只要不是终端设备,全采用全缓冲模式)满了时,强制刷新
无缓冲:stderr,需要立即输出
7.2 代码演示
缓冲区的作用及分类
功能：五秒之后一口气输出 xxxxx
#include 八、getline()
描述：用于读取一行 字符直到换行符,包括换行符(如果此行内容超出给定长度，自动重新申请内存)
手册：man getline
头文件：
#include 函数原型：
ssize_t getline(char **lineptr, size_t *n, FILE *stream);
-
lineptr – 一块可写的数组起始位置
-
n – 用来回调新申请后的空间大小
-
stream – 文件流
返回值：
成功：读到的字节个数
失败：-1，设置errno
代码演示：
功能：以行为单位，读取给定文件，并输出文件中每行的字符个数
#include 文件IO
sysio=>文件io，系统调用io
文件描述符(fd)使用策略：优先使用当前可用范围内最小的fd
Linux中fd为什么返回值为3(从3开始存)呢？？
答：在系统创建进程中，建进程时的三个默认的文件描述符 Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符…所以会返回3.
一、open() && close()
1.1 open()
头文件：
#include
#include
#include
函数原型：
-
当文件存在时
int open(const char* pathname,int flags); //文件中有O_CREAT时 int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); -
当文件不存在时
int open (const char* pathname,int flags,int perms)
参数：
┌─────────────┬───────────────────────────────┐
│fopen() mode │ open() flags │
├─────────────┼───────────────────────────────┤
│ r │ O_RDONLY │
├─────────────┼───────────────────────────────┤
│ w │ O_RDONLY | O_CREAT | O_TRUNC │
├─────────────┼───────────────────────────────┤
│ a │ O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND │
├─────────────┼───────────────────────────────┤
│ r+ │ O_RDWR │
├─────────────┼───────────────────────────────┤
│ w+ │ O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC │
├─────────────┼───────────────────────────────┤
│ a+ │ O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND │
└─────────────┴───────────────────────────────┘
| flags | 含义 |
|---|---|
| O_RDONLY | 只读 |
| O_WRONLY | 只写 |
| O_RDWR | 可读可写 |
| O_CREAT | 无则创建 |
| O_TRUNC | 有则清空 |
| O_APPEND | 追加末尾 |
| O_NONBLOCK | 非阻塞方式打开(默认阻塞方式) |
| O_NOFOLLOW | 打开符号链接本身(默认打开真实文件) |
返回值：
成功：文件描述符
失败：-1
1.2 close()
头文件：
#include 函数原型：
int close(int fd)
返回值：
成功：0
失败：-1
二、read() && write()
2.1 read()
描述：从fd所指向的文件中读count个字节到buff缓存区
头文件：
#include 函数原型：
ssize_t read(int fd,void *buff,size_t count)
返回值：
成功：
- count：成功读取字节个数
- 0~count:
- 剩余文件长度小于count
- 读取期间被异步信号打断
失败：
- -1，读取错误
2.2 write()
描述：从buff缓存区读取count个字节写入到fd文件操作符所指向的文件中
头文件：
同read函数
函数原型：
ssize_t write(int fd,void *buff,size_t count)
返回值：
成功：
- count：成功写入字节个数
- 0~count:
- 写入期间被异步信号打断
失败：
- -1，读取错误
三、复制普通文件小实验
1、打开要复制的文件
fd1 = open(argv[1],O_RDONLY);
2、创建新的文件
fd2 = open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT,0666);
3、把源文件内容读到缓冲区，把缓冲区内容写入新文件
4、循坏执行第三步，直到读取的字节数量为0，退出循坏。
while(1)
{
read_size = read(fd1,buf,512);
if(read_size == 0)
break;
write(fd2,buf,read_size);
}
5、关闭打开的文件
close(fd1);
close(fd2);
代码内容
#include 四、lseek()
描述：设置文件读写位置
头文件：
#include 函数原型：
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
- fd – 文件操作符
- offset – 这是相对 whence 的偏移量，以字节为单位
- whence – 这是表示开始添加偏移 offset 的位置。它一般指定为下列常量之一：
| 常量 | 描述 |
|---|---|
| SEEK_SET | 文件的开头 |
| SEEK_CUR | 文件指针的当前位置 |
| SEEK_END | 文件的末尾 |
返回值：
成功：该函数返回位置标识符的当前值(整型数)
失败：-1，并且设置errno
代码演示：
功能：加深缓冲区的理解，强调在同一个程序中对同一个文件尽量不要混用sysio和stdio
#include 五、dup()
描述：用于将一个文件描述符 oldfd 复制到另一个 newfd
头文件：
#include 函数原型：
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);
-
oldfd – 要被复制的文件描述符
-
newfd – 复制的文件描述符(先关闭newfd文件描述符本身，再将oldfd复制给newfd)
原子操作：一条语句执行时一气呵成，中间不会被分割打断干扰
返回值：
如果oldfd与newfd两个文件描述符数值相同，返回newfd。
示例代码：
功能：文件描述符的复制(原子操作)
#include 拓展提升
UNIX环境高级编程 APUE
UNIX网络编程(2卷) UNP
“圣经（易学难用）”
网络：网络基础，UNP，TCP/IP详解(3)
阅读UNIX环境高级编程章节 5.4，5.8，5.13 , 3.11
面试：三种不同方法获取文件不同长度
- while fgetc()
- fseek(END),ftell()
- stat
标准IO与系统调用IO区别
标准IO：移植性好
系统调用IO：没有缓存区
面试：如何使程序运行速度变快
1.响应速度变快 ：多用系统调用IO，吞吐量低
2.吞吐量大：标准IO，提高程序吞吐量，响应速度较慢（一半以上几率追求吞吐量）