Linux文件操作

Posted 2020-08-02

Linux中一切都是文件。如普通文件，目录，设备，管道等。
操作这些文件有两种方式，调用系统函数和使用标准I/O库。

一、调用系统函数
1.文件描述符：数值类型，表示打开的文件标识
程序运行时，会首先打开3个文件描述符，0(标准输入文件),1(标准输出文件),2(标准错误文件)

2.系统调用常用函数
1)open函数：打开文件
原型为：

int open(const char *path,int oflags)
int open(const char *path,int oflags,mode_t mode)

path:完整的文件路径
oflags:文件访问模式(只读，只写，可读写)
mode:设定文件访问权限

返回值：返回与文件关联的文件描述符，失败返回-1
注意这个描述符是唯一的，不与其他进程共享，文件对应的文件描述符并不是固定的。

2)write函数：写入文件
原型为：

size_t write(int fildes,const void *buf,size_t nbytes);

将buf缓冲区的前nbyts个字节，写入文件描述符files关联的文件中。
返回值：实际写入的字节数，失败返回-1

3)read函数：读取文件
原型为：

size_t read(int fildes,void *buf,szie_t nbytes);

读取文件描述符fildes关联的文件中前nbytes个字节，到buf缓冲区
返回值：实际读取的字节数，失败返回-1

4)close函数:关闭文件
原型为：

int close(int fildes);

返回值：成功返回0,失败返回-1

3.调用系统函数示例
从一个文件中复制数据到另一个文件，代码如下：
copy.c

#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    char c=\'\\0\';
    int in=-1,out=-1;
    in=open("myfile.txt",O_RDONLY);
    //以只写方式创建文件，若文件不存在则新建一个文件
    //文件所有者具有读和写权限
    out=open("myfile2.txt",O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR);
    while(read(in,&c,1)==1)
        write(out,&c,1);
    close(in);
    close(out);
    return 0;
}

输出结果：

4.标准I/O库
在标准I/O中，使用的是文件流，对应着底层的文件描述符。
文件流是一个指向FILE结构的指针。

I/O库的函数包含在头文件stdio.h中。

1)fopen函数：打开文件
原型为：

FILE* fopen(const char *filename,const char *mode);

与底层open函数类似
返回值：成功返回非空指针，失败返回NULL

2)fread函数：读取文件
原型为：

size_t fread(void *ptr,size_t size,size_t nitems,FILE *stream);

与底层read函数类似
从stream读取nitems个长度为size的数据到ptr指向的缓冲区
返回值：成功读取的字节数，失败返回-1

3)fwrite函数：写入文件
原型为：

size_t fwrite(const void *ptr,size_t size,size_t nitems,FILE *stream);

与底层write函数类似
从ptr指向的缓存区读取nitems个长度为size的数据，并把它们写到stream对应的文件中。
返回值：成功写入的字节数，失败返回-1

4)fclose函数：关闭文件
原型为:

int fclose(FILE *stream);

返回值：成功返回0,失败返回-1

5.标准I/O使用示例
与前例一样，从一个文件中复制数据到另一个文件，只是使用I/O库函数来实现，
代码如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    int c=0;
    FILE *pfin = NULL;
    FILE *pfout = NULL;
    pfin = fopen("myfile.txt","r");
    pfout = fopen("myfile2.txt","w");
    while(fread(&c,sizeof(char),1,pfin))
        fwrite(&c,sizeof(char),1,pfout);
    fclose(pfin);
    fclose(pfout);
    return 0;
}

输出结果：

程序中的读和写数据可以用库中的其他函数来代替，如fget,fputc等。

6.文件描述符和文件流
一般不要混合使用底层输入输出与高层文件流操作。
调用fileno函数，可以获得文件流使用的底层文件描述符
原型为：int fileno(FILE *stream);
调用fdopen函数，可以在一个已经打开的文件描述符上创建一个新的文件流
原型为：FILE* fdopen(int fildes,const char* mode);

Linux下编程时，一般使用系统调用，而不使用I/O库。
有些操作必须使用系统调用，如创建文件读写锁等。

7.系统调用性能优化
我们使用time命令测试系统调用和I/O库两种方法的运行时间，
结果如下所示：

可以看出，系统调用的效率要明显低于I/O库，这是为什么呢？
因为系统调用时，Linux必须从运行用户代码切换到内核代码，然后再返回用户代码。
而I/O库函数会自动在数据满足数据块长度时，才调用底层系统函数。

系统调用代码优化如下，每次一次性读取和写入N个字节，减少系统调用次数。

copyopt.c

#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    char buffer[1024];
    int in=-1,out=-1;
    int nread=0;
    in=open("myfile.txt",O_RDONLY);
    //以只写方式创建文件，若文件不存在则新建一个文件
    //文件所有者具有读和写权限
    out=open("myfile2.txt",O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR);
    while(nread=read(in,buffer,sizeof(buffer))>0)
        write(out,buffer,nread);
    close(in);
    close(out);
    return 0;
}

使用time测试输出如下：

可以看出，性能得到了提高，甚至超过了使用I/O的性能。