基于Linux的I/O操作

Linux文件的I/O编程

Linux中文件及文件描述符简介

• 在Linux中对目录和涉笔的操作都等同于文件的操作
• Linux中的文件主要有以下4种：普通文件、目录文件、连接文件和设备文件
• 在Linux下，所有对设备和文件的操作都使用文件描述符来进行的
• 一个进程的启动，一般伴随三个文件的打开：标准输入(STDIN_FILENO)、标准输出(STDOUT_FILENO)、标准错误(STDERR_FILENO)

基本I/O操作函数——>不带缓存：

• open、read、write、lseek以及close

  • open、close函数

    • open函数用于打开或创建文件，可以同时指定属性
    • close函数用于关闭打开的文件

    • 语法格式：

      头文件：
          #include<sys/types.h>
          #include<sys/stat.h>
          #include<fcntl.h>
          #include<unistd.h>
      

    • open函数：

      int open(const char *pathname, flags, int perms);
      pathname:被打开的文件名(可包含路径)
      flag(打开方式):(常用方式)
          O_RDONLY:只读方式
          O_WRONLY:可写方式
          O_RDWR:读写方式
          O_CREATE:如果文件不存在，就创建一个新的文件，并用第三个参数为其设置权限
          --------------------------------
          O_EXCL:用于测试文件是否存在
          O_TRUNC:如果文件已经存在，并且以只读或只写成功打开，那么会先全部删除文件中原有数据
          O+APPEND:以添加的方式打开文件，打开时，文件指针指向文件的末尾
      perms：被打开文件的存取权限，为8禁止表示法
      flag参数可以通过"|"连接多个组合形式
      返回值：
          成功返回文件描述符，失败返回-1
      

    • close函数：

      int close(int fd);
      fd:文件描述符
      返回值：
          成功返回0，失败返回-1
      

  • 如：mathod_01.c

    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <stdio.h>
    
    int main(void){
        int fd;     //定义文件描述符
        //调用open函数，以可读写的方式打开，使用“|”符号链接
        if((fd=open("/home/my/myTest.c", O_CREATE | O_TRUNC | O_RDWR, 0666)) < 0){
            perror("open:");    //打印出错信息
            exit(1);
        }else{
            //注意：open函数返回的文件描述符一定是最小的未用文件描述符
            printf("Open file:myTest.c %d\n", fd);
        }
    
        if(close(fd) <０)｛
            perror("close:");
            exit(1);
        ｝else{
            printf("Close myTest.c\n");
        }
        exit(0);
    }
    

  • read、write及lseek函数

    • 函数作用：
      
      • read：从指定的文件描述符中读出数据
      • write：用于向打开的文件写入数据，写操作从文件的当前位移量处开始，超出则返回失败
      • lseek：用于在指定的文件描述符中将文件指针定位到相应的位置

    • 语法格式：

      • 头文件

        #include<unistd.h>
        #include<sys/types.h>
        

      • read函数

        ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
        fd：文件描述符
        buf：指定存储器读出数据的缓冲区
        count：指定读出的字节数
        返回值：成功返回读到的字节数；0表示读到文件尾；-1表示出错
        

      • write函数

        ssize_t write(int fd, void *buf, size_t count);
        fd：文件描述符
        buf：指定存储器写入数据的缓冲区
        count：指定写入的字节数
        返回值：成功，返回已写字节数；失败，返回-1
        

      • lseek函数

        off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
        fd：文件描述符
        offset：偏移量，每一读写操作所需要移动的距离，单位是字节的数量。可正(前移)可负(后移)
        whence(当前位置的基点)：
            SEEK_SET：当前位置为文件的开头，新位置为便宜量的大小
            SEEK_CUR：当前位置为文件指针的位置，新位置为当前位置加上偏移量
            SEEK_END：当前位置为文件的结尾，新位置为文件的大小加上偏移量的大小
        返回值：成功，返回当前位移；失败返回-1
        

  • 如：method_02.c

    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    #define MAXSIZE
    
    int main(void){
        int i, fd, size, len;
        char *buf = "Hello! Welcom to Linux World!";
        char buf_read[10];
        len = strlen(buf);
        //打开文件并制定权限
        if((fd = open("/home/my/myTest.c", O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR, 666)) < 0 ){
            perror("Open:");
            exit(1);
        }else{
            printf("open file:myTest.c\n", fd);                 
        }
    
        //write函数将buf中的内容写入到打开的文件中
        if((size = write(fd, buf, len)) < 0){
            perror("write:");
            exit(1);
        }else{
            printf("Write:%s\n", buf);
        }
    
        //调用lseek函数移动指针，并调用read读取文件
        lseek(fd, 0, SEEK_SET);
        if((size = read(fd, buf_read, 10)) < 0){
            perror("read:");
            exit(0);
        }else{
            printf("read from file:%s\n", buf_read);
        }
    
        //关闭close()
        if(close(fd) < 0){
            perror("close:");
            exit(1);
        }else{
            printf("Close myTest.c\n");
        }
        exit(0);
    }
    

• fcntl函数：操作文件描述符的特性

  • 函数格式

    • 头文件

      #include <sys/types.h>
      #include <unistd.h>
      #include <fcntl.h>
      

    • 函数原型：

      int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);
      fd：文件描述符
      cmd：(常见的有以下几个)
          F_DUPFD：复制文件描述符
          F_GETFL：得到open设置的标志
          F_SETFL：改变open设置的标志
          F_GETTFK：根据lock描述，决定是否上文件锁
          F_SETFK：设置lock描述的文件锁
          F_SETOWN：设置进程号或进程组号
      lock：设置记录锁的具体状态
          lock的结构：
              struct flock{
                  short l_type;       //取值：F_RDLCK(读取锁→共享锁)、F_WRLCK(写入锁→排斥锁)、F_UNLCK(解锁)
                  short l_start;      //相对位移量(字节)
                  short l_whence;     
                  off_t l_len;        //加锁区域长度
                  pid_t l_pid;
              }
      返回值：成功，返回0,；失败返回-1
      

标准I/O开发——>基于缓冲

• 目的：
  减少使用read与write调用的数量
• 三种类型的缓冲存储：
  
  • 全缓冲
    当填满标准I/O缓存后才进行实际的I/O操作。
  • 行缓冲
    当输入和输出有新的行符时，标准I/O库执行I/O操作。
  • 不带缓冲
    不对字符进行缓冲，如：能够尽快显示错误信息

• 打开与关闭文件

  • 打开文件标准函数：fopen、fdopen、freopen，返回一个指向FILE的指针
    
    • fopen：指定打开文件的路径和模式
    • fdopen：指定打开的文件描述符合模式
    • freopen：可指定打开的文件、模式、指定特定IO流

  • 函数格式定义

    • 头文件

      #include<stdio.h>
      

    • fopen、fdopen、freopen

      FILE* fopen(const char* path, const char* mode);
      FILE* fdopen(int fd, const char* mode);
      FILE* freopen(const char* path, const char* mode, FILE* stream);
      path:包含要打开的文件的路径及文件名
      fd:要打开的文件描述符
      mode:文件打开状态，取值：
          r/rb:打开只读文件,文件必须存在
          r+/r+b:打开可读写文件,文件必须存在
          w/wb:打开只写文件，覆盖的方式(会清空存在的文件内容)
          w+/w+b:打开可读写文件,覆盖的方式
          a/ab:附加的当时打开只写文件，添加方式(在文件内容后添加内容)
          a+/a+b:附加的当时打开读写文件，添加方式
      stream:已打开的文件指针
      返回值：成功,返回指向FILE的指针,失败返回NULL
      

  • 关闭文件函数：fclose

    • 功能：缓冲区内的数据写入文件中，并释放文件资源

    • 格式：

      int fclose(FILE* stream);
      stream：已打开的文件指针
      返回值：成功：0，失败：EOF
      

  • 如：

    #include<stdio.h>
    int main(void){
        FILE *fp;
        //调用fopen函数
        fp = fopen("/home/test/hello.c", "w");
        if(fp != NULL){
            printf("Open Success!");
        }
        //关闭文件指针
        fclose(fp);
    }
    

• 文件的读与写

  • 头文件：

    #include <stdio.h>
    

  • 读文件：fread函数

    • 格式：

      size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
      ptr:存放读入记录的缓冲区
      size:读取的记录大小
      nmemb:读取的记录数
      stream:要读取的文件流
      返回值：成功，返回实际读到的nmemb，失败返回EOF
      

  • 写文件：fwrite函数

    • 格式

      size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
      ptr:存放写入记录的缓冲区
      size:写入的记录大小
      nmemb：写入的记录数
      stream：要写入的文件流
      返回值：成功，返回实际写入的nmemb数目，失败返回EOF
      

  • 如：

    #include <stdio.h>
    int main(void){
        FILE *stream;
        char str[5] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o'};
        //先打开文件
        stream = fopen("test", "w");
        int number = fwrite(str, sizeof(char), nmemb, stream);
        printf("number = %d", number);
        //关闭文件流
        fclose(stream);
    }