常用的文件IO操作

Posted 2021-12-28 ncne

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学习内容：

　　  1）open函数的flag

　　2）linux系统如何管理文件

　　3）lseek详解

　　4）dup和dup2函数介绍

　　5）标准IO库介绍

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如何查man手册：man 1 xx查linux shell命令，man 2 xxx查API， man 3 xxx查库函数

1、open函数的flag

　　大家有没有发现open函数有两个如下，

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

 多了一个mode,查看man手册可以发现作用为O_CREAT创建了新文件时对文件的权限设置，如下图：

常用的flag:

　　1）读写权限：O_RDONLY(只读), O_WRONLY(只写), O_RDWR(可读可写).

　　2）打开存在并有内容的文件时：O_APPEND(追加)、O_TRUNC(覆盖)

　　3）打开不存在的文件时：O_CREAT(覆盖创建)、O_EXCL(确保文件创建) O_EXCL标志和O_CREAT标志来结合使用，没有文件时创建文件，有这个文件时会报错提醒我们。

　　4）阻塞与非阻塞：O_NONBLOCK(非阻塞)我们打开一个文件默认就是阻塞式的，如果你希望以非阻塞的方式打开文件，则flag中要加O_NONBLOCK标志,只用于设备文件，而不用于普通文件。

　　5)write非阻塞等待：O_SYNC  无O_SYNC时write只是将内容写入底层缓冲区即可返回，在合适的时候会将buf中的内容一次性的同步到硬盘中。这种设计是为了提升硬件操作的性能和销量，提升硬件寿命；但是有时候我们希望硬件不好等待，直接将我们的内容写入硬盘中，这时候就可以用O_SYNC标志。

2、linux系统如何管理文件

　　1）硬盘中的静态文件和inode（i节点）

　　硬盘中可以分为两大区域：一个是硬盘内容管理表项，另一个是真正存储内容的区域。操作系统访问硬盘时是先去读取硬盘内容管理表，从中找到我们要访问的那个文件的扇区级别的信息，然后再用这个信息去查询真正存储内容的区域，最后得到我们要的文件。而这个管理表中以文件为单位记录了各个文件的各种信息，每一个文件有一个信息列表（我们叫inode，i节点，其实质是一个结构体，这个结构体有很多元素，每个元素记录了这个文件的一些信息，其中就包括文件名、文件在硬盘上对应的扇区号、块号那些东西·····）

实用：大家格式化硬盘（U盘）时发现有：快速格式化和底层格式化。快速格式化非常快，格式化一个32GB的U盘只要1秒钟，普通格式化格式化速度慢。这两个的差异？其实快速格式化就是只删除了U盘中的硬盘内容管理表（其实就是inode），真正存储的内容没有动。这种格式化的内容是有可能被找回的。

　　2）内存中被打开的文件和vnode（v节点）

　　一个程序的运行就是一个进程，我们在程序中打开的文件就属于某个进程。每个进程都有一个数据结构用来记录这个进程的所有信息（叫进程信息表），表中有一个指针会指向一个文件管理表，文件管理表中记录了当前进程打开的所有文件及其相关信息。文件管理表中用来索引各个打开的文件的index就是文件描述符fd，我们最终找到的就是一个已经被打开的文件的管理结构体vnode。

3、lseek详解

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

whence就是代表一个参考位置(用来表示文件开始处到文件当前位置的字节数)offset代表一个偏移量

参数 offset 的含义取决于参数 whence：

SEEK_SET，则返回的文件偏移量将被设置为 offset。

SEEK_CUR，则返回的文件偏移量将被设置为 cfo 加上 offset，

SEEK_END，则返回的文件偏移量将被设置为文件长度加上 offset，

　　1）文件指针：当我们要对一个文件进行读写时，一定需要先打开这个文件，所以我们读写的所有文件都是动态文件。动态文件在内存中的形态就是文件流的形式。

　　2）在动态文件中，我们会通过文件指针来表征这个正在操作的位置。所谓文件指针，就是我们文件管理表这个结构体里面的一个指针如上图。所以文件指针其实是vnode中的一个元素。这个指针表示当前我们正在操作文件流的哪个位置。这个指针不能被直接访问，linux系统用lseek函数来访问这个文件指针。

　　3）read和write函数都是从当前文件指针处开始操作的，所以当我们用lseek显式的将文件指针移动后，那么再去read/write时就是从移动过后的位置开始的。

　　4）用lseek计算文件长度

eg：return=lseek(fd,0,SEEK_END);//表示从文件末尾

　　5）用lseek构建空洞文件，这个文件中有一段是空的

　　6）使用实列：

首先我们看到a.txt里面全都是f，其实我们用O_APPEND就可以在后面追加内容，而我们用lseek来随意位置追加内容

使用SEEK_END

lseek(fd,0,SEEK_END);//在write1前使用一次和O_APPEND同等效果，在write之后再使用一次即可的读取出当前文件的长度

4、dup和dup2函数介绍

int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd);//返回值即为newfd

　　1) 什么是文件共享：同一个文件（同一个文件指的是同一个inode，同一个pathname）被多个独立的读写体（几乎可以理解为多个文件描述符）去同时（一个打开尚未关闭的同时另一个去操作）操作。

　　2) 进行文件描述符复制：dup并不能指定分配的新的文件描述符的数字，dup2系统调用修复了这个缺陷。dup返回的fd和原来的oldfd都指向oldfd打开的那个【动态文件】，操作这两个fd实际操作的都是oldfd打开的那个文件。实际上构成了文件共享

　　3) fd小于3的分别对应于，stdin(0)、stdout(1)、stderr(3),也就是标准输入、标准输出、标准错误。

　　4）实现标准输出的重定位实例

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include<unistd.h>
#define FILEPATH    "a.txt"
int main(int argc,char *argv[])

    int fd=-1;
    int i=-1; //实际向文件中写入的字节数
    int j=-1;//实际向文件中写入的字节数
    int k;//用dup复制后的文件描述符
 
    char b[100]= "bbbbbadfghgdfh";
  //打开一个文件操作
    fd=open(FILEPATH, O_RDWR );
    if(-1==fd)
    
        printf("文件打开失败！\\n");
        perror("open:");
        return 0;
    
    else
    
        printf("文件打开成功！fd=%d\\n",fd);
    
    close(1);   //关闭标准输出文件描述符1
    k=dup(fd);  //实现重定位
    j=write(k,&b,20);
    if(-1==j)
    
        printf("写入文件失败\\n");
        perror("写入");
        return 0;
    
    printf("write succeed!\\n");
    close(fd);
    return 0;

5、标准IO库介绍

　　1）标准IO和文件IO有什么区别：标准IO是C库函数(也是通过调用API来完成操作的)，而文件IO是linux系统的API(API类似于一种接口，是由操作系统提供的)

　　2)常用标准IO函数介绍：fopen、fclose、fwrite、fread、ffulsh（刷新标准库函数的缓存，直接写进操作系统的缓冲区中）、fseek

　　3）一个简单的标准IO读写文件实例

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

#define FILEPATH    "a.txt"

int  main(int argc,char *argv[])

    FILE *fd = NULL;  //定义一个文件指针
    int ret = 0;
    char Wrtebuff[10]="sdfgdjdytr";
    fd=fopen(FILEPATH, "r+");
    if(NULL == fd)
    
        printf("文件打开失败！\\n");
        perror("open");
        return 0;
    
    ret = fwrite(Wrtebuff,1,sizeof(Wrtebuff),fd);
    if(ret<0)
    
        perror("write");
        return 0;
    
    printf("文件写入成功！\\n");
    
    return 0;