linux 应用开发笔记---【标准I/O库/文件属性及目录】

一，什么是标准I/O库

标准c库当中用于文件I/O操作相关的一套库函数，实用标准I/O需要包含头文件

二，文件I/O和标准I/O之间的区别

1.标准I/O是库函数，而文件I/O是系统调用

2.标准I/O是对文件I/O的封装

3.标准I/O相对于文件I/O具有更好的可移植性，且效率高

三，FILE文件指针

FILE是一个数据结构体，标准I/O实用FILE指针作为文件句柄

FILE文件指针用于标准I/O库函数，而文件描述符则用于文件I/O系统调用,FILE数据结构定义在标准 I/O 库函数头文件 stdio.h 中

四，标准输入，标准输出和标准错误

标准输入设备：计算机系统的标准的输入设备

标准输出设备：计算机所连接的键盘

输出标准设备：计算机所连接的显示器

五，标准I/O函数

1)打开文件：fopen()

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

path ：参数 path 指向文件路径，可以是绝对路径、也可以是相对路径。

mode ：参数 mode 指定了对该文件的读写权限

2)关闭文件：fclose()

int fclose(FILE *stream);

stream 为 FILE 类型指针,也就是文件句柄，调用成功返回 0 ；失败将返回 EOF （也就是 -1 ）

3)读取/写入文件：fread()/fwrite()

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

ptr：fread()将读取到的数据存放在参数 ptr 指向的缓冲区中

size ： fread() 从文件读取 nmemb 个数据项，每一个数据项的大小为 size 个字节，所以总共读取的数据大

小为 nmemb * size 个字节。

nmemb ：参数 nmemb 指定了读取数据项的个数。

stream ： FILE 指针

返回项：读取或者写入的数据项的数目

写入：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    char buf[] = "hello world!";
    FILE *fp = NULL;
    if(NULL == (fp = fopen("./test.txt","w+")))
    {
        perror("open error");
        return 1;
    }
    printf("open ok!!!\r\n");
    if(sizeof(buf)>(fwrite(buf,1, sizeof(buf), fp)))
    {
        printf("fwrite error");
        fclose(fp);
        exit(-1);
    }
    printf("写入成功\r\n");
    fclose(fp);
    return 0;
}

运行结果：

读取：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    char buf[20] = "0";
    FILE *fp = NULL;
    int size;
    if(NULL == (fp = fopen("./test.txt","r")))
    {
        perror("open error");
        return 1;
    }
    printf("open ok!!!\r\n");
    if(12>(size = fread(buf,1, 11, fp)))
    {
        if(ferror(fp))
        {
            printf("fread error");
            fclose(fp);
            exit(-1);
        }
        
    }
    printf("成功读取%d 个字节数据: %s\n", size, buf);
    fclose(fp);
    return 0;
}

运行结果：

4)定位函数：fseek()

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

stream ： FILE 指针。

offset ：与 lseek() 函数的 offset 参数意义相同。

whence ：与 lseek() 函数的 whence 参数意义相同

5）判断是否到达文件末尾--feof()函数

int feof(FILE *stream);

6）判断是否发生了错误--ferror()函数

int ferror(FILE *stream);

7）清楚标志--clearerr()函数【自己独立设置标志】

void clearerr(FILE *stream);

8）格式化输入

int printf(const char *format, ...);             
将程序中的字符串信息输出显示到终端


int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...); 
将格式化数据写入到由 FILE 指针指定的文件


int dprintf(int fd, const char *format, ...);    
将格式化数据写入到由文件描述符 fd 指定的文件


int sprintf(char *buf, const char *format, ...); 
将格式化数据存储在由参数 buf 所指定的缓冲区中


int snprintf(char *buf, size_t size, const char *format, ...);
使用参数 size 显式的指定缓冲区的大小，如果写入到缓冲区的字节数大于参数 size 指定的大
小，超出的部分将会被丢弃！如果缓冲区空间足够大，snprintf()函数就会返回写入到缓冲区的字符数，与
sprintf()函数相同，也会在字符串末尾自动添加终止字符'\0'

9）格式化输出

int scanf(const char *format, ...);
scanf()函数将用户输入（标准输入）的数据进行格式化转换并进行存储


int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
从指定文件中读取数据，作为格式转换的输入数据，文件通过 FILE 指针指定


int sscanf(const char *str, const char *format, ...);
从参数 str 所指向的字符串缓冲区中读取数据，作为格式转换的输入数据

六，文件I/O缓冲

1.内核缓冲

read()和write()系统调用是在进行文件读写操作的时候并不会直接访问磁盘设备，而是仅仅在用户空间缓冲区和内核缓冲区之间复制数据。调用write()函数后，会将数据保存到缓存数据区，然后等待内核在某个时刻将缓冲区的数据写入到磁盘设备中，但此时如果read()函数，会直接将数据缓存器的数据返回给应用程序。反之，同理

2.刷新文件I/O的内核缓冲区

对于一些操作，必须强制将文件I/O内核缓冲区中缓存的数据写入到磁盘设备。

fsync()函数：

int fsync(int fd);

系统调用 fsync() 将参数 fd 所指文件的内容数据和元数据写入磁盘，只有在对磁盘设备的写入操作完成之后，fsync()函数才会返回，函数调用成功将返回 0 ，失败返回 -1

fdatasync()函数：

int fdatasync(int fd);

系统调用 fdatasync() 与 fsync() 类似，不同之处在于 fdatasync() 仅将参数 fd 所指文件的内容数据写入磁盘，并不包括文件的元数据

sync()函数：

void sync(void);

系统调用 sync() 会将所有文件 I/O 内核缓冲区中的文件内容数据和元数据全部更新到磁盘设备中，该函数没有参数、也无返回值

3.控制文件I/O内核缓冲的标志

1.O_DSYNC 标志：write()调用之后调用 fdatasync()函数【元数据不同步】进行数据同步

2.O_SYNC 标志：write()调用都会自动将文件内容数据和元数据刷新到磁盘设备中

4.直接I/O:绕过内核缓冲

在open函数调用添加O_DIRECT就可以进行调用

直接 I/O 的对齐限制 ：

⚫ 应用程序中用于存放数据的缓冲区，其内存起始地址必须以块大小的整数倍进行对齐；

⚫ 写文件时，文件的位置偏移量必须是块大小的整数倍；

⚫ 写入到文件的数据大小必须是块大小的整数倍。

5.stdio缓冲

用户空间的缓冲区，当应用程序中通过标准 I/O 操作磁盘文件时，为了减少调用系统调用次数，标准 I/O 函数会将用户写入或读取文件的数据缓存在 stdio 缓冲区，然后再一次性 stdio 缓冲区中缓存的数据通过调用系统调用 I/O （文件 I/O ）写入到文件 I/O 内核缓冲区或者拷贝到应用程序的 buf 中

三种缓冲类型：

⚫ _IONBF ：

不对 I/O 进行缓冲（无缓冲）。意味着每个标准 I/O 函数将立即调用 write() 或者 read() ，

并且忽略 buf 和 size 参数，可以分别指定两个参数为 NULL 和 0 。标准错误 stderr 默认属于这一种类型，从而保证错误信息能够立即输出

⚫ _IOLBF ：

采用行缓冲 I/O 。在这种情况下，当在输入或输出中遇到换行符 "\n" 时，标准 I/O 才会执

行文件 I/O 操作。对于输出流，在输出一个换行符前将数据缓存（除非缓冲区已经被填满），当输出换行符时，再将这一行数据通过文件 I/O write() 函数刷入到内核缓冲区中；对于输入流，每次读取一行数据。对于终端设备默认采用的就是行缓冲模式，譬如标准输入和标准输出。

⚫ _IOFBF ：
采用全缓冲 I/O 。在这种情况下，在填满 stdio 缓冲区后才进行文件 I/O 操作（ read 、 write ），对于输出流，当 fwrite 写入文件的数据填满缓冲区时，才调用 write() 将 stdio 缓冲区中的数据刷入内核缓冲区；对于输入流，每次读取 stdio 缓冲区大小个字节数据。默认普通磁盘上的常规文件默认常用这种缓冲模式

刷新stdio缓冲区

int fflush(FILE *stream);

强制进行文件的刷新，如果参数是NULL,则刷新所有的stdio缓冲区





⚫ 调用 fflush()库函数可强制刷新指定文件的 stdio 缓冲区；
⚫ 调用 fclose()关闭文件时会自动刷新文件的 stdio 缓冲区；
⚫ 程序退出时会自动刷新 stdio 缓冲区（注意区分不同的情况）

I/O缓冲小结：

应用程序调用标准 I/O 库函数将用户数据写入到 stdio 缓冲区中， stdio 缓冲区是

由 stdio 库所维护的用户空间缓冲区。针对不同的缓冲模式，当满足条件时， stdio 库会调用文件 I/O （系统调用 I/O ）将 stdio 缓冲区中缓存的数据写入到内核缓冲区中，内核缓冲区位于内核空间。最终由内核向磁盘设备发起读写操作，将内核缓冲区中的数据写入到磁盘（或者从磁盘设备读取数据到内核缓冲区）

七，文件描述符和FILE指针互转

int fileno(FILE *stream);
将标准 I/O 中使用的 FILE 指针转换为文件 I/O 中所使用的文件描述符

成功：文件描述符  失败：NULL

FILE *fdopen(int fd, const char *mode);
将文件描述符转换为FILE指针

成功：文件指针  失败：NULL

八，linux系统的文件类型

文本文件 :内容由文本构成

二进制文件：.o, .bin文件......

符号链接文件：指向另一个文件的路径

管道文件：进程间通信

套接字文件：不同主机的进程间通信

字符设备文件和块设备文件：硬件设备都会对应一个设备文件

获取文件的属性：stat

int stat(const char *pathname, struct stat *buf);

st_dev ：该字段用于描述此文件所在的设备。不常用，可以不用理会。

st_ino ：文件的 inode 编号。

st_mode：该字段用于描述文件的模式，譬如文件类型、文件权限都记录在该变量中

st_nlink ：该字段用于记录文件的硬链接数，也就是为该文件创建了多少个硬链接文件。链接文件可以

分为软链接（符号链接）文件和硬链接文件

st_uid 、 st_gid ：此两个字段分别用于描述文件所有者的用户 ID 以及文件所有者的组 ID

st_rdev ：该字段记录了设备号，设备号只针对于设备文件，包括字符设备文件和块设备文件，不用理会。

st_size ：该字段记录了文件的大小（逻辑大小），以字节为单位。

st_atim 、 st_mtim 、 st_ctim ：此三个字段分别用于记录文件最后被访问的时间、文件内容最后被修改的时间以及文件状态最后被改变的时间，都是 struct timespec 类型变量

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

int main(void)
{
    struct stat file_stat;
    int ret;
    ret = stat("./test.txt",&file_stat);
    if(-1 ==  ret)
    {
        perror("open error");
        exit(-1);
    }
    printf("%ld %ld\r\n",file_stat.st_size,file_stat.st_ino);
    exit(0);
    
}

运行结果：

fstat:相对于stat的区别就是，fstat是从fd去获取文件的属性，而stat是从文件路径获取的

lstat()与 stat、fstat 的区别在于，对于符号链接文件，stat、fstat 查阅的是符号链接文件所指向的文件对应的文件属性信息

九，文件属主

文件在创建时，其所有者就是创建该文件的那个用户,Linux 下的每一个文件都有与之相关联的用户 ID 和组 ID,

1.有效用户ID和有效组ID

通常，绝大部分情况下，进程的有效用户等于实际用户（有效用户 ID 等于实际用户 ID），有效组等于实际组（有效组 ID 等于实际组 ID)

2.chown函数：改变文件的所属者和所属组

sudo chown root:root testApp.c

int chown(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group);


pathname：用于指定一个需要修改所有者和所属组的文件路径
owner：将文件的所有者修改为该参数指定的用户（以用户 ID 的形式描述）；
group：将文件的所属组修改为该参数指定的用户组（以用户组 ID 的形式描述）；
返回值：成功返回 0；失败将返回-1，兵并且会设置 errno

⚫ 只有超级用户进程能更改文件的用户 ID ；

⚫ 普通用户进程可以将文件的组 ID 修改为其所从属的任意附属组 ID ，前提条件是该进程的有效用户 ID 等于文件的用户 ID ；而超级用户进程可以将文件的组 ID 修改为任意值

fchown()：通过文件的fd去更改文件 lchown(): 通过文件的链接文件本身的属性去更改文件

3.普通权限和特殊权限

普通权限：

特殊权限：

1. set-user-ID：

进程对文件进行操作的时候、将进行权限检查，如果文件的 set-user-ID 位权限被设置，内核会将进程的有效 ID 设置为该文件的用户 ID （文件所有者 ID ），意味着该进程直接获取了文件所有者的权限、以文件所有者的身份操作该文件

2. set-group-ID

进程对文件进行操作的时候、将进行权限检查，如果文件的 set-group-ID 位权限被设置，内核会将进程的有效用户组 ID 设置为该文件的用户组 ID（文件所属组 ID），意味着该进程直接获取了文件所属组成员的权限、以文件所属组成员的身份操作该文件

3.sticky权限

注：

Linux 系统下绝大部分的文件都没有设置 set-user-ID 位权限和 set-group-ID 位权限，所以通常情况下，进程的有效用户等于实际用户（有效用户 ID 等于实际用户 ID），有效组等于实际组（有效组 ID 等于实际组 ID）

4.目录权限

相对目录里面的文件进行读取，删除，创建......等操作，必须给目录一定的权限，才可以进行对应的操作

4.检查文件的权限

int access(const char *pathname, int mode);    



pathname:文件路径



mode:

⚫ F_OK：检查文件是否存在
⚫ R_OK：检查是否拥有读权限
⚫ W_OK：检查是否拥有写权限
⚫ X_OK：检查是否拥有执行权限

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    int ret;
    ret = access("./test.txt",F_OK);
    if(-1 == ret)
    {
        printf("文件不存在/r/n");
        exit(-1);
    }
    ret = access("./test.txt",R_OK);
    if(!ret)
    {
        printf("可以读取\r\n");
    }
    else
    {
        printf("不可以进行读取\r\n");
    }
    ret = access("./test.txt",W_OK);
    if(!ret)
    {
        printf("可以写入\r\n");
    }
    else
    {
        printf("不可以进行写入\r\n");
    }
    ret = access("./test.txt",X_OK);
    if(!ret)
    {
        printf("不可以进行执行\r\n");
    }
    else
    {
        printf("不可以进行执行\r\n");
    }
    return 0;
}

运行结果：

5.chmod修改文件的权限

int chmod(const char *pathname, mode_t mode);


pathname：
需要进行权限修改的文件路径，若该参数所指为符号链接，实际改变权限的文件是符号链
接所指向的文件，而不是符号链接文件本身。
mode：
该参数用于描述文件权限，与 open 函数的第三个参数一样，这里不再重述，可以直接使用八进
制数据来描述，也可以使用相应的权限宏（单个或通过位或运算符" | "组合）

fchmod():根据fd进行文件权限的修改

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

int main(void)
{
    int ret;
    ret = chmod("./test.txt", 0777);
    if(-1 == ret)
    {
        perror("修改失败");
        exit(-1);
    }
    return 0;
}

6.umask函数

文件的实际权限实际上不等于我们设置的权限

mode & ~umask eg. 0777 & (~0002) = 0775

mode_t umask(mode_t mask);


返回值是旧的mask     参数是 新设定的mask

十，文件的时间属性

修改时间属性： utime()，utimes()

int utime(const char *filename, const struct utimbuf *times);


filename: 文件路径


struct utimbuf {
        time_t actime; /* 访问时间 */
        time_t modtime; /* 内容修改时间 */
};



int utimes(const char *filename, const struct timeval times[2]);


filename: 文件路径

struct timeval {
        long tv_sec; /* 秒 */
        long tv_usec; /* 微秒 */
};



相比之下：utimes的精度更高一些,可以更改到微秒级别

int futimens(int fd, const struct timespec times[2]);


fd：文件描述符。
times：将时间属性修改为该参数所指定的时间值，times 指向拥有 2 个 struct timespec 结构体类型变量
的数组，数组共有两个元素，第一个元素用于指定访问时间，第二个元素用于指定内容修改时间

#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define MY_FILE "./test.txt"
int main(void)
{
    struct timespec tmsp_arr[2];
    int ret;
    int fd;
    /* 检查文件是否存在 */
    ret = access(MY_FILE, F_OK);
    if (-1 == ret) {
            printf("Error: %s file does not exist!\n", MY_FILE);
            exit(-1);
    }
    /* 打开文件 */
    fd = open(MY_FILE, O_RDONLY);
    if (-1 == fd) {
            perror("open error");
            exit(-1);
    }
    /* 修改文件时间戳 */
    #if 0
            ret = futimens(fd, NULL); //同时设置为当前时间
    #endif
    #if 1
            tmsp_arr[0].tv_nsec = UTIME_OMIT;//访问时间保持不变
            tmsp_arr[1].tv_nsec = UTIME_NOW;//内容修改时间设置为当期时间
            ret = futimens(fd, tmsp_arr);
    #endif
}

utimensat()函数：

int utimensat(int dirfd, const char *pathname, const struct timespec times[2], int flags);



dirfd：
该参数可以是一个目录的文件描述符，也可以是特殊值 AT_FDCWD；如果 pathname 参数指定
的是文件的绝对路径，则此参数会被忽略。

pathname：
指定文件路径。如果 pathname 参数指定的是一个相对路径、并且 dirfd 参数不等于特殊值
AT_FDCWD，则实际操作的文件路径是相对于文件描述符 dirfd 指向的目录进行解析。如果 pathname 参数
指定的是一个相对路径、并且 dirfd 参数等于特殊值 AT_FDCWD，则实际操作的文件路径是相对于调用进
程的当前工作目录进行解析

times：
与 futimens()的 times 参数含义相同

flags ： 
此参数可以为 0 ， 也可以设置为 AT_SYMLINK_NOFOLLOW ， 如 果 设 置 为
AT_SYMLINK_NOFOLLOW，当 pathname 参数指定的文件是符号链接，则修改的是该符号链接的时间戳，
而不是它所指向的文件

十一，符号链接（）软链接和硬链接

硬链接：

ls-li 查看当前的硬链接文件个数，源文件本身也是一个硬链接文件

各个硬链接文件的inode指向的是同一个文件

ln 源文件名称新创建文件名称创建硬链接文件

创建硬链接：

int link(const char *oldpath, const char *newpath);

软链接：

ln -s 源文件名称新创建文件名称创建硬链接文件

当软链接的源文件删除，其余的文件被称为“悬空链接”，原因：软链接文件类似于一种“主从” 关系，软链接内部存着源文件的路径名，当源文件被删除，则无法找到文件路径

创建软链接：

int symlink(const char *target, const char *linkpath);

读取软链接：

ssize_t readlink(const char *pathname, char *buf, size_t bufsiz);

buf:存放文件缓冲区

bufsiz: 读取的链接文件的大小

创建和删除目录：

int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);



int rmdir(const char *pathname);

打开，读取，关闭目录：

DIR *opendir(const char *name);


struct dirent *readdir(DIR *dirp);


int closedir(DIR *dirp);

删除文件：

int unlink(const char *pathname);

int remove(const char *pathname);


pathname 参数指定的是一个非目录文件，那么 remove()去调用 unlink()，如果 pathname 参数指定的是
一个目录，那么 remove()去调用 rmdir()

十二，文件重命名

int rename(const char *oldpath, const char *newpath);

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
        int ret;
        ret = rename("./test", "./test_file");
        if (-1 == ret) {
                perror("rename error");
                exit(-1);
        }
        exit(0);
}