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);
}

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

基本I/O操作函数——>不带缓存：

标准I/O开发——>基于缓冲

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