【Linux】文件周边001之系统文件IO

👀樊梓慕：个人主页

🎥个人专栏：《C语言》《数据结构》《蓝桥杯试题》《LeetCode刷题笔记》《实训项目》《C++》《Linux》《算法》

🌝每一个不曾起舞的日子，都是对生命的辜负

前言

1.C语言文件IO

1.1C语言文件IO接口汇总

1.2当前路径指的是什么？

1.3stdin、stdout、stderr

2.系统文件IO

2.1open

参数const char* pathname

参数int flags

*位图方式传参

参数mode_t mode

返回值int fd『简要理解文件描述符』

2.2close

2.3write

2.4read

前言

进程周边的相关内容暂时告一段落，下面我们开始学习文件部分。

学习『系统文件IO』之前，我会与大家先复习一下C语言部分文件IO的相关接口，为后面的学习作『铺垫』。系统文件IO部分，本篇文章会讲解『基本的系统调用』：open()、close()、read()、write()，有关参数传递涉及到『位图方式传递』，这部分以前没有学习过，博主也会拿出来简单的学习一下。

欢迎大家📂收藏📂以便未来做题时可以快速找到思路，巧妙的方法可以事半功倍。

=========================================================================

GITEE相关代码：🌟fanfei_c的仓库🌟

=========================================================================

1.C语言文件IO

1.1C语言文件IO接口汇总

在学习C语言期间，我们学习过一些C语言封装的文件接口：

C语言文件接口汇总
	打开文件
	关闭文件
	写入一个字符
	读取一个字符
	写入一个字符串
	读取一个字符串
	格式化写入数据
	格式化读取数据
	向二进制文件写入数据
	从二进制文件读取数据
	设置文件指针的位置
	计算当前文件指针相对于起始位置的偏移量
	设置文件指针到文件的起始位置
	判断文件操作过程中是否发生错误
	判断文件指针是否读取到文件末尾

本篇文章不会完全的讲解以上C语言文件接口，想要详细了解的同学可以『点击以下内容』跳转到博主的有关C语言文件IO的博客。

『樊梓慕』文件操作——CSDNhttp://t.csdnimg.cn/DRPJb

1.2当前路径指的是什么？

当我们利用C语言IO接口创建文件时，生成的文件默认在『当前路径』，可当前路径具体指的是谁的路径呢？

『文件是由进程创建』，所以文件的当前路径也是进程的当前路径。

在之前学习进程的部分，我们已经聊过有关话题，当前路径指的是进程在启动时，会保存当前目录的路径，保存到『 /proc/[pid]/cwd』中，该路径就是进程的当前路径。

1.3stdin、stdout、stderr

在之前学习时，我们提到过一个概念：『 Linux下一切皆文件』，也就是说键盘、显示器都是文件，这很好理解，我们向普通文件写入，本质上就是向磁盘写入数据，那将对象改为显示器，是不是就是打印了？

但是，向文件写入我们一般这么操作：

FILE* fp = fopen("log.txt", "w");
fputs("hello world\n", fp);

可是打印我们从未『打开』显示器文件，也从未『传递』过流参数：

printf("hello world\n");

这也就说明了：

进程在运行的时候都会『默认打开』三个输入输出流，即标准输入流、标准输出流以及标准错误流，对应到C语言当中就是stdin、stdout以及stderr。

其中，标准输入流对应的设备就是键盘，标准输出流和标准错误流对应的设备都是显示器。

所以，我们想要实现打印的功能，也可以这样写：

fputs("hello world\n", stdout);

stdin、stdout以及stderr是C标准库下的标准输入输出错误流，其他语言如C++也有对应的标准输入输出错误流：cin、cout和cerr。

2.系统文件IO

C程序可以直接对硬件进行写入么？

在之前学习的时候，关于操作系统我们有过这样一张图：

什么意思？

程序不可能也不可以越过操作系统直接操作硬件，还记得『系统调用』么？

也就是说C标准库中的文件IO接口一定『封装了系统调用』，所以才能利用fopen()、fputs()等函数对文件进行操作。

那接下来我们就来学习文件IO的系统调用。

2.1open

open是打开文件的系统调用接口。

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

参数const char* pathname

代表要打开或创建的目标文件。

若pathname以路径的方式给出，则当需要创建该文件时，就在pathname路径下进行创建。
若pathname以文件名的方式给出，则当需要创建该文件时，默认在当前路径下进行创建。

参数int flags

代表文件的打开方式。

参数	含义
O_RDONLY	以只读的方式打开文件
O_WRNOLY	以只写的方式打开文件
O_APPEND	以追加的方式打开文件
O_RDWR	以读写的方式打开文件
O_CREAT	当目标文件不存在时，创建文件

传递方式介绍：

例如：以只写的方式打开文件，当目标文件不存在时自动创建文件，则参数设置如下：

O_WRONLY | O_CREAT

为什么这么传递？？

*位图方式传参

先写一段代码：

#define ONE 1
#define TWO (1<<1)
#define THREE (1<<2)
#define FOUR (1<<3)
#define FIVE (1<<4)

void Print(int flag)
{
    if(flag & ONE) printf("1\n");
    if(flag & TWO) printf("2\n");
    if(flag & THREE) printf("3\n");
    if(flag & FOUR) printf("4\n");
    if(flag & FIVE) printf("5\n");
}

int main()
{
    Print(ONE);
    printf("----------------------\n");
    Print(TWO);
    printf("----------------------\n");
    Print(ONE|TWO);
    printf("----------------------\n");
    Print(THREE|FOUR|FIVE);
    printf("----------------------\n");
    Print(ONE|TWO|THREE|FOUR|FIVE);
}

根据代码中的宏定义，这些宏的特点就是所有位加起来只有一个1。

Print函数中五个if中的判断条件其实就是判断参数哪个位为1，如果传的是ONE，那么ONE与ONE&得到的就是1，为真就打印1，其余的都为假，不打印。

当带上|操作符后，相当于把两个参数的1位合并到一起，比如ONE|TWO得到的就是0011，所以在Print中就会满足两个条件flag & ONE 和 flag & TWO。

这就是位图方式传参的基本思想。

放到flags中呢？

#define O_RDONLY       0000
#define O_WRONLY       0001
#define O_RDWR         0010
#define O_CREAT        0100

之后通过&运算：

int open(arg1, arg2, arg3){
	if (arg2&O_RDONLY){
		//设置了O_RDONLY选项
	}
	if (arg2&O_WRONLY){
		//设置了O_WRONLY选项
	}
	if (arg2&O_RDWR){
		//设置了O_RDWR选项
	}
	if (arg2&O_CREAT){
		//设置了O_CREAT选项
	}
	//...
}

所以如果arg2=O_CREAT | O_WRONLY，即arg2=0101，arg2 & O_WRONLY =1 && arg2 & O_CREAT =1就达到了『以只写的方式打开文件，当目标文件不存在时自动创建文件』的目的。

这就是『位图方式传参』。

参数mode_t mode

代表创建文件的默认权限。

例如：将mode设置为0666，则创建出来的文件权限如下：

-rw-rw-rw-

但『实际上』创建出来文件的权限值还会受到umask（文件默认掩码）的影响。

实际创建出来文件的权限为：mode减去对应位的umask值。

umask的默认值默认为0002，所以当我们设置mode值为0666时实际创建出来文件的权限为0664。

若想创建出来文件的权限值不受umask的影响，则需要在创建文件前使用umask函数将文件默认掩码设置为0。

umask(0); //将文件默认掩码设置为0

如果不需要创建新的文件，则使用两个参数的open即可。

返回值int fd『简要理解文件描述符』

代表打开文件的『文件描述符』。

fd>0：返回的是文件描述符。
fd==-1：代表打开文件失败。

一个进程可以打开多个文件：

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
	umask(0);
	int fd1 = open("log1.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);
	int fd2 = open("log2.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);
	int fd3 = open("log3.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);
	int fd4 = open("log4.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);
	int fd5 = open("log5.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666);
	printf("fd1:%d\n", fd1);
	printf("fd2:%d\n", fd2);
	printf("fd3:%d\n", fd3);
	printf("fd4:%d\n", fd4);
	printf("fd5:%d\n", fd5);
	return 0;
}

为什么是从3开始呢？

我们刚才讲进程默认会打开三个输入输出流：标准输入流、标准输出流、标准错误流。

所以0、1、2分别代表了它们。

从而我们得到文件描述符的分配规则：

找到当前没有被使用的最小的下标，作为新的文件描述符。

2.2close

close是关闭文件的系统调用接口。

int close(int fd);//参数fd是文件描述符

关闭文件成功返回0；
关闭文件失败返回-1。

2.3write

write是写入文件的系统调用接口。

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

功能：将buf位置开始向后count字节的数据写入文件描述符为fd的文件当中。

写入成功，返回写入数据的字节个数。
写入失败，返回-1。

例如：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
	int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
	if (fd < 0){
		perror("open");
		return 1;
	}
	const char* msg = "hello syscall\n";
	for (int i = 0; i < 5; i++){
		write(fd, msg, strlen(msg));
	}
	close(fd);
	return 0;
}

2.4read

read是读取文件的系统调用接口。

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

功能：从文件描述符为fd的文件读取count字节的数据到buf位置当中。

读取成功，返回读取数据的字节个数。
读取失败，返回-1。

例如：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
	int fd = open("log.txt", O_RDONLY);
    if (fd < 0){
		perror("open");
		return 1;
	}
	char ch;
	while (1){
		ssize_t s = read(fd, &ch, 1);
		if (s <= 0){
			break;
		}
		write(1, &ch, 1); 
        //向文件描述符为1的文件写入数据，即向标准输出流（显示器）写入数据
	}
	close(fd);
	return 0;
}

当然对于文件管理来说还有很多需要讲解的细节，博主会放到下一篇文章中详细讲解，下一篇文章会深入学习『 Linux系统是如何管理文件的』，『文件描述符在其中又扮演了怎样的角色』，『怎么理解Linux下一切皆文件』等等内容，本篇文章只是文件部分的简单开头，主要目的是为了『作铺垫』，更多内容，请持续关注博主Linux系列文章。

=========================================================================

如果你对该系列文章有兴趣的话，欢迎持续关注博主动态，博主会持续输出优质内容

🍎博主很需要大家的支持，你的支持是我创作的不竭动力🍎

🌟~ 点赞收藏＋关注 ~🌟

=========================================================================