Linux（C/C++）下的文件操作open、fopen与freopen

Linux（C/C++）下的文件操作open、fopen与freopen

open是linux下的底层系统调用函数，fopen与freopen c/c++下的标准I/O库函数，带输入/输出缓冲。
linxu下的fopen是open的封装函数，fopen最终还是要调用底层的系统调用open。
所以在linux下如果需要对设备进行明确的控制，那最好使用底层系统调用（open），

open对应的文件操作有：close, read, write,ioctl 等。
fopen 对应的文件操作有：fclose, fread, fwrite, freopen, fseek, ftell, rewind等。
freopen用于重定向输入输出流的函数,该函数可以在不改变代码原貌的情况下改变输入输出环境，但使用时应当保证流是可靠的。详细见第3部分。

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
open和fopen的区别：
1,fread是带缓冲的,read不带缓冲.  
2,fopen是标准c里定义的,open是POSIX中定义的.  
3,fread可以读一个结构.read在linux/unix中读二进制与普通文件没有区别.  
4,fopen不能指定要创建文件的权限.open可以指定权限.  
5,fopen返回文件指针,open返回文件描述符(整数).  
6,linux/unix中任何设备都是文件,都可以用open,read.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1、open系统调用（linux）
需要包含头文件：#include<sys/types.h>
                            #include<sys/stat.h>
                            #include<fcntl.h> 

函数原型：int open( const char * pathname, int oflags);
                  int open( const char * pathname,int oflags, mode_t mode);
          
mode仅当创建新文件时才使用，用于指定文件的访问权限。

pathname 是待打开/创建文件的路径名；

oflags用于指定文件的打开/创建模式，这个参数可由以下常量（定义于 fcntl.h）通过逻辑或构成。
   O_RDONLY       只读模式 
   O_WRONLY      只写模式 
   O_RDWR          读写模式
以上三者是互斥的，即不可以同时使用。

打开/创建文件时，至少得使用上述三个常量中的一个。以下常量是选用的：
   O_APPEND         每次写操作都写入文件的末尾 
   O_CREAT            如果指定文件不存在，则创建这个文件 
   O_EXCL               如果要创建的文件已存在，则返回 -1，并且修改 errno 的值
   O_TRUNC           如果文件存在，并且以只写/读写方式打开，则清空文件全部内容 
   O_NOCTTY         如果路径名指向终端设备，不要把这个设备用作控制终端。
   O_NONBLOCK   如果路径名指向 FIFO/块文件/字符文件，则把文件的打开和后继 I/O设置为非阻塞模式（nonblocking mode）。
//以下用于同步输入输出
   O_DSYNC          等待物理 I/O 结束后再 write。在不影响读取新写入的数据的前提下，不等待文件属性更新。 
   O_RSYNC          read 等待所有写入同一区域的写操作完成后再进行
   O_SYNC            等待物理 I/O 结束后再 write，包括更新文件属性的 I/O

当你使用带有O_CREAT标志的open调用来创建文件时，你必须使用有3个参数格式的open调用。第三个参数mode是几个标志按位或后得到的，
这些标志在头文件sys/stat.h中定义，如下所示：
  S_IRUSR:    读权限，文件属主
  S_IWUSR:   写权限，文件属主
  S_IXUSR:    执行权限，文件属主
  S_IRGRP:    读权限，文件所属组
  S_IWGRP:   写权限，文件所属组
  S_IXGRP:    执行权限，文件所属组
  S_IROTH:   读权限，其它用户
  S_IWOTH:  写权限，其它用户
  S_IXOTH:   执行权限，其它用户

返回值：成功则返回文件描述符，否则返回 -1。  返回文件描述符（整型变量0~255）。由open 返回的文件描述符一定是该进程尚未使用的最小描述符。只要有一个权限被禁止则返回-1。
错误代码：（均已E开头，将其去掉就是有关于错误的方面的单词或单词的缩写）
  EEXIST 参数pathname 所指的文件已存在，却使用了O_CREAT和O_EXCL旗标。
  EACCESS 参数pathname所指的文件不符合所要求测试的权限。
  EROFS 欲测试写入权限的文件存在于只读文件系统内。

  EFAULT 参数pathname指针超出可存取内存空间。

  EINVAL 参数mode 不正确。
  ENAMETOOLONG 参数pathname太长。

  ENOTDIR 参数pathname不是目录。
  ENOMEM 核心内存不足。
  ELOOP 参数pathname有过多符号连接问题。
  EIO I/O 存取错误。

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
参数：   
fd：要进行写操作的文件描述词。
buf：需要输出的缓冲区
count：最大输出字节计数  

返回值：成功返回写入的字节数，出错返回-1并设置errno
-----------------------------------------------.--------------------------------------------------------------------
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);  
参数：      
buf：需要读取的缓冲区
count：最大读取字节计数            

返回值：成功返回读取的字节数，出错返回-1并设置errno，如果在调read之前已到达文件末尾，则这次read返回0 。  

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2、fopen库函数
头文件：<stdio.h>
函数原型：FILE * fopen(const char * path, const char * mode);
path字符串包含欲打开的文件路径及文件名，参数mode字符串则代表着流形态。
mode有下列几种形态字符串:
"r"或"rb"        以只读方式打开文件，该文件必须存在。
"w"或"wb"     以写方式打开文件，并把文件长度截短为零。
"a"或"ab"      以写方式打开文件，新内容追加在文件尾。
"r+"或"rb+"或"r+b"       以更新方式打开（读和写）
"w+"或"wb+"或"w+b"   以更新方式打开,并把文件长度截短为零。
"a+"或"ab+"或"a+b"     以更新方式打开，新内容追加在文件尾。
字母b表示文件时一个二进制文件而不是文本文件。（linux下不区分二进制文件和文本文件）
返回值：文件顺利打开后，指向该流的文件指针就会被返回。如果文件打开失败则返回NULL，并把错误代码存在errno 中。

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
fread是一个函数。从一个文件流中读数据，最多读取count个元素，每个元素size字节，如果调用成功返回实际读取到的元素个数，如果不成功或读到文件末尾返回 0。
函数原型：size_t fread ( void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream) ;
参 数：
buffer：用于接收数据的内存地址
size：要读写的字节数，单位是字节
count：要进行读写多少个size字节的数据项,每个元素是size字节.
stream：输入流
返回值：实际读取的元素个数.如果返回值与count不相同,则可能文件结尾或发生错误，从ferror和feof获取错误信息或检测是否到达文件结尾.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
fwrite：向文件写入一个数据块
函数原型：size_t fwrite(const void* buffer, size_t size, size_t count, FILE* stream);
参数：
buffer：是一个指针，对fwrite来说，是要获取数据的地址；
size：要写入内容的单字节数；
count:要进行写入size字节的数据项的个数；
stream:目标文件指针；
返回值：返回实际写入的数据块数目
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
fflush：把文件流里的所有为写出数据立刻写出。
函数原型：int fflush(FILE *stream);
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
fseek：是lseek系统调用对应的文件流函数。它在文件流里为下一次读写操作指定位置。
函数原型：int fseek(FILE *stream, long offset, int fromwhere);
参数stream为文件指针
参数offset为偏移量，正数表示正向偏移，负数表示负向偏移
参数fromwhere设定从文件的哪里开始偏移,可能取值为：SEEK_CUR、 SEEK_END 或 SEEK_SET
SEEK_SET： 文件开头
SEEK_CUR： 当前位置
SEEK_END： 文件结尾
其中SEEK_SET,SEEK_CUR和SEEK_END依次为0，1和2.
返回值：如果执行成功，stream将指向以fromwhere为基准，偏移offset（指针偏移量）个字节的位置，函数返回0。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，函数返回一个非0值。

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

以下为linux下一个打开文件并显示文件内容的程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>


char * FILE_NAME = "/home/hzg/uart/download.bin";   
unsigned char file_buffer[20];


int main()
{
    FILE * file_fd;
    int read_len, i;

    file_fd = fopen(FILE_NAME,"rb");
    if(file_fd == NULL)
    {
       perror("errno");
    }
    else 
    {
       printf("File Open successed!\n");
    }

    while(1)
    {
       read_len = fread(file_buffer, 1, 16, file_fd);
       
       if(read_len == -1)
       {
           printf("File read error!\n");
           perror("errno");
           exit(0);
       }
       else if(read_len == 0)
       {
           printf("File read Over!\n");
           break;
       }
       else 
       {
           printf("Read %d Byte From download.bin: ",read_len);
           for(i = 0; i < read_len; i++)
           {
                printf(" %02x",file_buffer[i]);
           }
           printf("\n");
       }
    
       usleep(20000);
    }

    fclose(file_fd);
    return 0;
} 

3、freopen
函数原型：FILE * freopen ( const char * filename, const char * mode, FILE * stream );
参数：
filename: 要打开的文件名
mode: 文件打开的模式，和fopen中的模式(r/w)相同
stream: 文件指针，通常使用标准流文件(stdin/stdout/stderr)
返回值：如果成功则返回该指向该stream的指针,否则为NULL。
作用：用于重定向输入输出流的函数，将stream中的标准输入、输出、错误或者文件流重定向为filename文件中的内容。linux下需要重定向输出很容易使用 ./程序名 >test （>>test 追加）,windows下的输入输出重定向可以使用freopen。

使用方法: 因为文件指针使用的是标准流文件，因此我们可以不定义文件指针。

我们使用freopen()函数以只读方式r(read)打开输入文件test.in ，freopen("test.in", "r", stdin);

这样程序的输入就会从标准输入流stdin转换到从文件"test.in"中输入

然后使用freopen()函数以写入方式w(write)打开输出文件test.out，freopen("test.out", "w", stdout);
程序的输出就会从原来的标准输出变成写入文件"test.out"中