03.Linux文件操作

news2024/11/10 13:05:02

1.操作系统与Linux io框架

1.1 io与操作系统

1.1.1 io概念

  • io 描述的是硬件设备之间的数据交互,分为输⼊ (input) 与输出 (output)。
    • 输⼊:应⽤程序从其他设备获取数据 (read) 暂存到内存设备中;
    • 输出:应⽤程序将内存暂存的数据写⼊到其他设备 (write)。

1.1.2 操作系统概念

  • 操作系统通常包含两种不同的含义

    • 第⼀种含义: 指完整的软件包 : 包括核⼼软件与应⽤软件。

      • 应⽤软件: 命令解释器, 图形⽤户界⾯, ⽂件操作⼯具与⽂件编辑器;
      • 核⼼软件: 管理和分配计算机资源 (这些计算机资源即 cpu,RAM, 其他设备),即操作系统核⼼软件 (内核)。
    • 第⼆种含义: 专指操作系统核⼼软件 (内核)。我们以后就按第二种含义来理解。

    • 内核的职责如下:

      • 进程管理 : 分配 cpu 资源,⽤于执⾏程序指令;
      • 内存管理 : 如今计算机内存容量可谓相当可观, 但软件的规模也保持了相应的增⻓, 内存资源仍然属于有限资源, 内核必须公平与⾼效的管理内存资源, 其中虚拟内存管理技术;
      • ⽂件管理 : 允许对⽂件执⾏创建,获取,更新以及删除;
      • 设备管理 : 计算机外界设备可实现计算机与外部世界的通讯;
      • 联⽹管理 : 使计算机可以进⾏⽹络通讯;
      • 提供应⽤编程接⼝ (API): 进程可利⽤内核⼊⼝点请求内核区执⾏各种任务。

1.1.3 Linux操作系统结构

  • Linux操作系统结构

    • ⼀般分为⽤户层与内核层

      • ⽤户层 : 表示在内核层之上的库 (如 glibc) 与 应⽤程序 (app);
      • 内核层 : 操作系统内核;
    • ⽤户层与内核层是相辅相成,⽤户层的应⽤程序依赖于库或者内核, 库与内核给应⽤层提供服务;

    • 内核通过系统调⽤来给应⽤层提供接⼝。

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  • 系统调用与库函数

    • 系统调⽤是 Linux 内核提供给应⽤程序的访问接⼝, 当需要 Linux 内核提供服务时, 则需要访问系统调⽤。
    • 库函数是为了实现某个功能⽽封装起来的 API 集合, 能够提供统⼀的编程接⼝,更加便于应⽤程序的移植。
    • glibc 是属于 GNU(GNU’s Not unix) ⼯程的⼀部分, 这个⼯程当初的⽬标是为了开发⼀款完整的操作系统, 但在开发过程中将除了 Linux 内核以外的组件都开发完成, 由于难度很⼤, 开发周期⻓, 在 1992 年 由 Linus Torvalds 开发出来了 Linux 内核, 填补了 GNU 系统的⼀个重要空⽩, 所有后⾯将 GNU 组件与 Linux 合并组成现在的 GNU/Linux。
    • glibc 包含 标准 c 库函数集合 和 系统调⽤
      • 标准的 c 库函数是跨平台的,既可以在 Linux 系统下调⽤, 也可以在 windows 系统下调⽤;
      • 系统调⽤是 Linux 内核给⽤户提供的访问接⼝, 但在 glibc 中封装了系统调⽤接⼝⽽形成了 glibc 的库函数;
      • glibc 库函数主要是封装了系统调⽤的过程, 相应的系统调⽤⼀般实现在 Linux 内核中;
      • ⼀般的 glibc 中的库函数都会与系统调⽤关联,但也有库函数不需要使⽤系统调⽤,⽐如字符串操作函数。

1.2 Linux io框架

1.2.1 Linux io框架介绍

  • Linux io 框架也是分层设计, 这⾥以将内存中的数据存储到硬盘中为例

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  • 应⽤程序通过调⽤操作系统提供的 io 接⼝ (函数) 向内核进⾏ io 请求 , 由内核最终完整相应的io操作;

  • Linux io 框架基于⼀切皆⽂件的思想来设计;

    • ⽬的 : 屏蔽底层不同设备之间的 io 差异, 给应⽤层提供统⼀的操作接⼝;
    • 思想 : 即将底层的 io 操作统⼀抽象成⽂件操作,操作提供系统只需要提供⼀组⽂件 io操作接⼝就可以为应⽤程序提供 io 服务。
  • ⽂件 io 操作主要包含:

    • open:打开
    • close:关闭
    • read:读取
    • write:写⼊
    • lseek:定位
  • ⽂件 io 接⼝的设计本身来沿⽤了⼈的 操作习惯

    • ⼤脑相当于 内存设备
    • 书籍或者其他笔记本相当于另⼀个设备
    • 读书 : 相当于⼤脑获取数据 (read)
    • 写字 : 相当于将⼤脑数据写⼊到其他存储介质中
  • 下⾯以 printf io 过程为例来说明

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    • printf io 的过程本质上是将暂存在内存中的数据写⼊到显示器中;

    • printf 函数⾸先会调⽤ glibc 中 write 函数来发出 io 请求;

    • write 函数在通过调⽤由操作系统内核提供的系统调⽤ sys_write 函数最终完成 io 操作.

    • 下⾯是 sys_write 系统调⽤在内核中的实现

      SYSCALL_DEFINE3(write, unsigned int, fd, const char __user *, buf, size_t, count)
      {
          struct fd f = fdget_pos(fd);
          ssize_t ret = -EBADF;
          if (f.file) 
          {
              loff_t pos = file_pos_read(f.file);
              ret = vfs_write(f.file, buf, count, &pos);
              if (ret >= 0)
              	file_pos_write(f.file, pos);
              fdput_pos(f);
          } 
          return ret; 
      }
      

2.Linux文件io接口

2.1 Linux文件io简介

2.1.1 关于Linux文件io

  • 在 Linux 系统下, ⽤于对⽂件操作的库函数叫做⽂件 I/O;
  • 主要包括 open()/close()/read()/write() /lseek() 相应的系统调⽤(准确说法是对系统调⽤的封装的库函数)。

2.1.2 文件描述符

  • ⽂件描述符是⼀个⾮负整数 , 当打开⼀个已存在⽂件或者创建⼀个新⽂件时, 内核向进程返回⼀个⽂件描述符;

  • 每个程序运⾏后, 操作系统会默认打开三个⽂件(标准输⼊、标准输出、标准错误输出) , ⽂件描述符分别为 0 , 1 , 2;

    • 标准输⼊对应的设备⼀般为键盘;
    • 标准输出与标准错误输出设备⼀般为显示器;
  • 示例:通过 write 函数 (后⾯会详细讲解) 使⽤标准输出来打印 Hello world。

    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <errno.h>
    #include <unistd.h>
    int main(int argc,char *argv[])
    {
        write(1,"helloworld",10); 
        return 0;
    }
    

2.2 Linux文件io操作

2.2.1 open函数

  • open函数说明

    • 函数功能

      • 打开文件,并得到文件描述符。
    • 函数原型

      int open(const char *pathname, int flags);
      int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
      
    • 头文件说明

      #include <sys/types.h>
      #include <sys/stat.h>
      #include <fcntl.h>
      
    • 参数说明

      • pathname : ⽂件路径名
      • flags : 打开标志
        • O_RDONLY: 只读⽅式打开⽂件(read only)
        • O_WRONLY: 可写⽅式打开⽂件(write only)
        • O_RDWR: 读写⽅式打开⽂件(read write)
        • O_CREAT: 如果该⽂件不存在就创建⼀个新的⽂件,并⽤第三的参数为其设置权限
        • O_EXCL: 如果使⽤ O_CRATE 时⽂件存在, open() 报错(exclusive,排外的)
        • O_TRUNC: 如果⽂件已经存在,并且以读 / 写或只写成功打开, 并清零,即清空文件内容;
        • O_APPEND: 以添加的⽅式打开⽂件,在打开⽂件的同时,⽂件指针指向⽂件末尾
      • mode : 指定创建新的⽂件的默认权限
    • 返回值

      成功:返回⽂件描述符
      失败:返回-1, 并将错误编码保存到 errno
      
  • 示例1:通过只读的⽅式打开⼀个⽂件

    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <errno.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    int main(int argc,char *argv[])
    {
        int fd; 
    
        if (argc != 2)
        { 
            /*
                int main(int argc, const char *argv[])
                argc:命令行传递参数的个数
                argv[0]:命令行传递的第一个参数
                argv[1]:命令行传递的第二个参数
                argv[2]:命令行传递的第三个参数
            */
            fprintf(stderr,"Usage : < %s > < pathname >\n", argv[0]);
            return -1; 
        } 
        fd = open(argv[1], O_RDONLY);
        
        if (fd == -1)
        {
            perror("Open(): ");
            return -1; 
        } 
    
        close(fd);
        return 0;
    }
    
  • 练习:以只写的⽅式打开⽂件, 如果不存在则创建, 如果⽂件存在则截短(即清空文件内容)

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    int main(int argc,char *argv[])
    {
        int fd; 
        if(argc != 2)
        {
        	printf("Usage : %s <pathname> .\n",argv[0]);
        }
    
        fd = open(argv[1],O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0644);
        if (fd == -1) 
        { 
        	perror("open()");
     		exit(-1);
     	} 
     	printf("fd = %d\n",fd);
     	close(fd);
     	return 0;
    }
    
  • 函数错误处理与errno

    • errno 是 Linux 操作系统中⽤于存储错误编码的全局变量, 错误编码在 Linux 系统中的定义如下:

      #define EPERM 1 
      #define ENOENT 2 
      #define ESRCH 3 
      #define EINTR 4 
      #define EIO 5 
      #define ENXIO 6 
      #define E2BIG 7 
      #define ENOEXEC 8 
      #define EBADF 9 
      #define ECHILD 10 
      #define EAGAIN 11 
      #define ENOMEM 12 
      #define EACCES 13 
      #define EFAULT 14 
      #define ENOTBLK 15 
      #define EBUSY 16
      
  • 错误信息打印

    • 错误信息打印主要使用perror() 函数。

      • 函数头文件

        #include <stdio.h>
        
      • 函数原型

        void perror(const char *s)
        
      • 函数参数

        s : ⾃定义字符串参数
        
    • 错误信息转换主要使⽤ strerror() 函数, 具体说明如下:

      • 函数头文件

        #include <string.h>
        
      • 函数原型

        char *strerror(int errnum)
        
      • 函数功能

        将错误编码转换成字符串信息,并返回该字符串的地址。

      • 函数参数

        errnum : 错误编码
        
      • 函数返回值

        返回错误码转换之后的字符串 or “Unknown error nnn”。

      • 示例 : 使⽤ perror 函数打印 出错信息

        #include <stdio.h>
        #include <sys/types.h>
        #include <sys/stat.h>
        #include <fcntl.h>
        int main(int argc,char *argv[])
        {
            int fd; 
            fd = open(argv[1],O_RDONLY,0644);
            if (fd == -1) 
            { 
                perror("open(): ");
                //perror(strerror(EIO));
                //将错误编码EIO转换成出错信息字符串,通过perror函数将出错信息字符串打印出来
                return -1; 
            } 
            return 0;
        }
        

2.2.2 close函数

  • close函数说明

    • 函数头文件

      #include <unistd.h>
      
    • 函数原型

      int close(int fd);
      
    • 函数功能

      close 函数⽤于关闭⽂件,在 io 操作结束后需要关闭⽂件,释放相关资源。

    • 函数参数

      fd : ⽂件描述符
      
    • 函数返回值

      成功:返回0
      失败:返回-1
      
  • 示例:将前⾯已经打开的⽂件使⽤ close 函数关闭。

2.2.3 read函数

  • 函数头文件

    #include <unistd.h>
    
  • 函数原型

    ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)
    
  • 函数功能

    从⽂件中读取数据保存缓冲区中。

  • 函数参数

    fd : ⽂件描述符
    buf : 数据缓冲区
    count : 能够读取的最⼤字节数
    
  • 函数返回值

    成功 : 返回实际读取的字节数
    失败 : -1, 并将错误编码设置到 errno 中
    
  • 示例:从指定⽂件中读取 10 个字节数据,并进⾏打印

    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h> 
    #include <errno.h>
    #include <unistd.h>
    int main(int argc,char *argv[])
    {
        int fd;
        char buffer[64] = {0};
        ssize_t rbytes;
        if (argc != 2)
        {
            fprintf(stderr,"Usage : < %s > < pathname >\n",argv[0]);
            return -1; 
        }
        fd = open(argv[1],O_RDONLY); 
        if (fd == -1)
        { 
            perror("Open(): ");
            return -1;
     	}
        rbytes = read(fd,buffer,10);
        if (rbytes == -1)
        {
        	perror("Read(): ");
        	return -1;
        }
     	printf("Buffer : %s\n",buffer);
    	close(fd);
     	return 0;
    }
    

2.2.4 write函数

  • 函数头文件

    #include <unistd.h>
    
  • 函数原型

    ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
    
  • 函数功能

    把缓冲区中的数据写入到指定文件中。

  • 函数参数

    fd : ⽂件描述符
    buf : 缓冲区地址
    count : 需要写⼊的字节数
    
  • 函数返回值

    成功: 返回实际成功写⼊的字节数
    失败: 返回 -1, 并设置 errno
    
  • 示例:将 ABCDE12345 字符串写⼊到指定⽂件中, 并验证是否写⼊正确

    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <errno.h>
    #include <unistd.h>
    int main(int argc,char *argv[])
    {
        int fd;
        char buffer[64] = "ABCED12345";
        ssize_t wbytes;
        if (argc != 2)
        {
            fprintf(stderr,"Usage : < %s > < pathname >\n",argv[0]);
            return -1;
        }
        fd = open(argv[1],O_RDWR|O_CREAT);
        if (fd == -1)
        {
            perror("Open(): ");
            return -1;
        }
        wbytes = write(fd,buffer,10);
        if (wbytes == -1)
        {
            perror("Write(): ");
            return -1;
        }
        close(fd);
        return 0;
    }
    

2.2.5 lseek函数

  • 函数原型

    off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
    
  • 函数参数

    • fd : ⽂件描述符
    • offset : 偏移量, 可以为正数或者负数
    • whence : 偏移相对位置
      • SEEK_CUR : 相对于⽂件当前偏移
      • SEEK_SET : 相对于⽂件开始位置
      • SEEK_END : 相对于⽂件尾偏移
  • 函数返回值

    • 成功: 返回 0
    • 失败 : 返回 -1, 并设置 errno
    • 当前⽂件的偏移量决定下次 io 操作时的起始位置
    • 对于同⼀个⽂件描述符,共享同⼀个偏移量
  • 示例:将⼀个字符串 “hello,linux io” 写⼊到⽂件中,在读取出来

    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <errno.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    int main(int argc,char *argv[])
    {
        int fd; 
        char buffer[64] = "hello,Linux io";
        char rbuffer[64] = {0};
        ssize_t wbytes = 0,rbytes = 0;
        if (argc != 2)
        { 
            fprintf(stderr,"Usage : < %s > < pathname >\n",argv[0]);
            return -1; 
        } 
        fd = open(argv[1],O_RDWR|O_CREAT);
        if (fd == -1)
        {
            perror("Open(): ");
            return -1; 
        } 
    
        wbytes = write(fd,buffer,strlen(buffer));
        if (wbytes == -1)
        {
            perror("Write(): ");
            return -1;
        } 
        lseek(fd,0,SEEK_SET);
        rbytes = read(fd,rbuffer,wbytes);
        if (rbytes == -1)
        {
            perror("Read(): ");
            return -1; 
        } 
        printf("rbuffer : %s\n",rbuffer);
        close(fd);
        return 0;
    }
    
  • 练习 : 使⽤ Linux ⽂件 io 接⼝实现 ⽂件复制

    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    int main(int argc, const char *argv[])
    {
    	if(argc != 3)
    	{
    		fprintf(stderr, "Usage : <%s> <pathname>\n", argv[0]);
    		return -1;
    	}
    	int source_fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    	int destination_fd = open(argv[2], O_RDWR | O_CREAT);
    	int rbytes = 0;
    	char buffer[64] = {0};
    	if(source_fd == -1 || destination_fd == -1)
    	{
    		perror("open()");
    		return -1;
    	}
    	while(rbytes = read(source_fd, buffer, 64))
    	{
    		if(rbytes == -1)
    		{
    			perror("read()");
    			return -1;
    		}
    		int wbytes = write(destination_fd, buffer, rbytes);
    		if(wbytes == -1)
    		{
    			perror("write()");
    			return -1;
    		}
    	}
    
    	close(source_fd);
    	close(destination_fd);
    	return 0;
    }
    

3.Linux标准io接口

3.1 标准io简介

3.1.1 标准io与文件io

  • 标准 IO 是另外⼀套 IO 接⼝,具有如下特点:
    • 标准 I/O 是属于跨平台, 可以在 Linux、windows、mac os 上运⾏, ⽂件 IO 只能在Linux 平台运⾏
    • 标准 I/O ⾃带缓冲区,有更⾼的 IO 效率
    • 标准 IO 提供丰富的操作⽂本信息接⼝
    • 标准 IO 底层需要依赖于 ⽂件 IO
    • 在 Linux 系统下, 标准 I/O 是属于 glibc 库的⼀部分

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

3.1.2 流与FILE对象

  • 流(stream):流是⼀串连续不断的传输的数据的集合,就像⽔管⼀⾥的⽔流,在⽔管的⼀端⼀点⼀点地供⽔,⽽在⽔管的另⼀端看到的是⼀股连续不断的⽔流。

  • ⼀般流可以分为 ⽂本流 与 ⼆进制流

    • ⽂本流:
      • 在流中处理的数据是以字符出现。
      • 在⽂本流中,’\n’被转换成回⻋符 CR 和换⾏符 LF的 ASCII 码 0DH 和 0AH, ⽽当输出时,0DH 和 0AH 被转换成’\n’。
    • 二进制流:
      • 流中处理的是⼆进制序列。
      • 若流中有字符,则⽤⼀个字节的⼆进制 ASCII 码表示;若是数字,则⽤对应的⼆进制数表示
  • ⽂件指针:

    • FILE 指针:每个被使⽤的⽂件都在内存中开辟⼀个区域,⽤来存放⽂件的有关信息,这些信息是保存在⼀个结构体类型的变量中,该结构体类型是由系统定义的,取名为 FILE。

    • FILE 结构体定义在 /usr/libio.h 中 struct _IO_FILE

       struct _IO_FILE;
       typedef struct _IO_FILE __FILE;
      
    • 标准 I/O 库的所有操作都是围绕流 (stream) 来进⾏的,在标准 I/O 中,流⽤ FILE * 来描述

    • 标准 I/O 库是由 Dennis Ritchie 在 1975 年左右编写的

  • ⽂件指针关联到数据流的两端, 可以抽象成 “⽔管”

3.2 标准输入、标准输出、标准错误输出

3.2.1 简介

  • 标准 I/O 预定义 3 个流对象指针, 在应⽤程序运⾏⾃动被打开.
    • 标准输⼊ : 流对象操作的是标准输⼊设备, 流对象指针的名称为 stdin , 对应的⽂件描述符为 0
    • 标准输出 : 流对象操作的是标准输出设备, 流对象指针的名称为 stdout, 对应的⽂件描述符为 1
    • 标准错误输出: 流对象操作的是标准错误输出设备, 流对象指针的名称为 stderr, 对应的⽂件描述符为 2
  • 对应的 printf , 函数操作的就是 stdout , 由于是默认操作, ⼀般⽆需指定具体的流对象参数
  • 当在输出时需要指定流对象的类型时, 则需要使⽤ fprintf 函数

3.2.2 fprintf函数

  • 函数原型

    int fprintf(FILE *stream, const char *format, …);
    
  • 函数功能

    将格式化数据写⼊到指定⽂件中。

  • 函数参数

    stream : 流对象指针
    format : 格式字符串
    
  • 示例 : 通过 stdout 与 stderr 进⾏输出

    int main(void)
    {
        fprintf(stdout,"Linux std io .\n");
        fprintf(stderr,"can't open file.\n"); 
        while(1){}
        return 0;
    }
    
    
    • 注意: 在上述程序中, 将 ‘\n’ 去掉之后, 在添加⼀个死循环后, 则程序运⾏的结果则不同, 这⾥是 与标准 I/O 的缓冲区有关系.

3.2.3 文件缓冲

  • 文件缓冲系统
    • 缓冲文件系统
      • 尽量减少使⽤ read/write 的调⽤次数, 来提⾼效率, 每次进⾏系统调⽤都会涉及到从 ⽤户空间到内核空间的切换以及内核进⾏系统调⽤所产⽣的开销
      • 系统⾃动的在内存中为每⼀个正在使⽤的⽂件开辟⼀个缓冲区,从内存向磁盘输出数据必须先 送到内存缓冲区,装满缓冲区在⼀起送到磁盘中去.
      • 从磁盘中读数据,则⼀次从磁盘⽂件将⼀批数据读⼊到内存缓冲区中,然后再从缓冲区逐个的 将数据送到程序的数据区

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  • 标准 I/O 的缓存⼤⼩为 8192, 在系统中定义如下 (stdio.h):

    #define BUFSIZE 8192
    
  • ⼀般标准 I/O 的分类为:

  • 全缓存 : 当相应的缓冲区已经装满数据时, 才进⾏⼀次 I/O 操作

  • ⾏缓存 : 当相应的缓冲区存储⼀⾏时,则进⾏⼀次 I/O 操作, stdout 就是⾏缓存

  • 不缓存 : 直接进⾏ I/O 操作, 不进⾏缓存, stderr 就是不缓存

3.2.4 缓冲区强制刷新

  • ⼀般情况下, 程序在结束时会 ⾃动刷新缓冲区, 但是当程序还未结束时, 刷新缓冲区则需要调⽤ fflush() 函数

    • 函数原型

      int fflush(FILE *stream);
      
    • 函数功能

      强制刷新缓冲区。

    • 函数参数

      stream:流对象指针
      
    • 函数返回值

      成功:返回0
      失败:返回-1
      
  • 示例 : 使⽤ fflush 函数刷新缓冲区的数据

    #include <stdio.h>
    int main(void)
    {
        printf("hello.");
        fflush(stdout);
        while(1){}
        return 0;
    }
    
  • 练习 : 使⽤ fprintf 函数 “Hello,Linux io” 到 标准输出,并使⽤ fflush 函数进⾏强制刷新.

    #include <stdio.h>
    
    int main(int argc, const char *argv[])
    {
    	fprintf(stdout, "Hello, Linux io");
    	fflush(stdout);	
    	while(1){}
    	return 0;
    }
    
    

3.3 Linux标准io-fopen/fclose

3.3.1 fopen函数

  • 函数头文件

    #include <stdio.h>
    
  • 函数原型

     FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
    
  • 函数功能

    打开⽂件,并获取流对象指针.

  • 函数参数

    • pathname : 路径名
    • mode : 打开模式
      • r或rb:以只读方式打开⽂件,前提是该⽂件必须存在
      • r+或r+b:以可读可写方式打开⽂件,前提是该⽂件必须存在
      • w或wb:以只写方式打开⽂件,若⽂件存在则⽂件⻓度清为 0, 即会清空⽂件以前内容。若⽂件不存在则创建该⽂件.
      • w+或w+b或wb+:以可读可写方式打开⽂件,若⽂件存在则⽂件⻓度清为零,即会清空⽂件以前内容, 若⽂件不存在则创建该⽂件.
      • a或ab:以只写与追加的方式打开文件,若⽂件不存在,则会新建该⽂件, 如果⽂件存在,写⼊的数据会被加到⽂件尾,即⽂件原先的内容会被保留。
  • 函数返回值

    • 成功:返回⽂件指针
    • 失败:返回 NULL, 并设置 errno

3.3.2 fclose函数

  • 函数头文件

    #include <stdio.h>
    
  • 函数原型

    int fclose(FILE *stream);
    
  • 函数功能

    关闭已经打开的⽂件.

  • 函数参数

    stream : ⽂件指针
    
  • 示例 : 以读写⽅式打开⽂件 test.txt,如果该⽂件不存在,则创建. 如果该⽂件已经存在,则⻓度截短为 0.

    int main(int argc, const char *argv[])
    {
    	if(argc != 2)
    	{
    		fprintf(stderr, "usage <%s> <pathname>\n", argv[1]);
    		return -1;
    	}
    
    	FILE* fd = NULL;
    	fd = fopen(argv[1], "w+");
    	if(fd == NULL)
    	{
    		fprintf(stderr, "fopen()\n");
    		return -1;
    	}
    
    	return 0;
    }
    

3.4 Linux标准io-fgetc/fputc

3.4.1 fgetc函数

  • 函数头文件

    #include <stdio.h>
    
  • 函数功能

    从文件中读取一个字符。

  • 函数原型

    int fgetc(FILE* stream);
    
  • 函数参数

    stream:文件指针
    
  • 函数返回值

    • 成功:返回所读到字符的ASCII码
    • 失败:返回EOF

3.4.2 fputc函数

  • 函数头文件

    #include <stdio.h>
    
  • 函数功能

    输出一个字符到文件中;

  • 函数原型

    int fputc(int c, FILE* stream);
    
  • 函数参数

    c:待写⼊的字符
    stream:文件指针
    
  • 函数返回值

    • 成功:返回写入字符的ASCII码
    • 失败:返回EOF,并设置errno
  • 示例 : 实现 cat 命令功能, 将⽂件中的数据显示到 stdout 上.

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    int main(int argc,char *argv[])
    {
        FILE *fp = NULL;
        if (argc != 2)
        {   
            fprintf(stderr,"Usage : ./a.out <filename>\n"); 
            exit(-1);
        }   
        fp = fopen(argv[1],"r");
        if (fp == NULL)
        {   
        	fprintf(stderr,"fopen failed.\n");  
        	exit(-1);
        }   
        
        char ch; 
        for (;;){
        	ch = fgetc(fp);
        	if (ch == EOF)
        		break;
        	fputc(ch,stdout);
        }
        fclose(fp);
        return 0;
    }
    

    练习: 使⽤ fgetc 与 fputc 实现⽂件复制功能

    #include <stdio.h>
    
    int main(int argc, const char *argv[])
    {
    	FILE *src_fd = NULL, *des_fd = NULL;
    	char ch;
    	if(argc != 3)
    	{
    		fprintf(stderr, "usage <%s> <pathname>\n", argv[0]);
    		return -1;
    	}
    	src_fd = fopen(argv[1], "r");
    	des_fd = fopen(argv[2], "w+");
    	if(src_fd == NULL || des_fd == NULL)
    	{
    		fprintf(stderr, "fopen()\n");
    		return -1;
    	}
    	while((ch = fgetc(src_fd)) != EOF)
    	{
    		fputc(ch, des_fd);
    	}
    
    	fclose(src_fd);
    	fclose(des_fd);
    	return 0;
    }
    

3.5 Linux标准io-fgets/fputs

3.5.1 fgets函数

  • 函数头文件

    #include <stdio.h>
    
  • 函数功能

    从文件中读取一行数据到缓冲区中。

  • 函数原型

    char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
    
  • 函数参数

    s : 缓冲区地址
    size : 最⼤可读取⼤⼩
    stream : ⽂件指针
    
  • 函数返回值

    成功 : 返回缓冲区的地址, 当读到⽂件尾时,会返回 NULL
    失败 : 返回 NULL
    
  • 使⽤注意点

    • 会将’\n’ 存储到 buffer 中
    • 会⾃动在 buffer 的末尾添加’\0’
    • 如果⼀⾏⼩于 size, 读取到⼀⾏就返回
    • 如果 size ⼩于⼀⾏, 读取 size 返回

3.5.2 fputs函数

  • 函数头文件

    #include <stdio.h>
    
  • 函数功能

    将一行文本数据写入到文件中。

  • 函数原型

    int fputs(const char *s, FILE *stream);
    
  • 函数参数

    s:缓冲区地址
    stream:文件指针
    
  • 函数返回值

    成功:返回⼀个⾮负数
    失败:返回 EOF
    
  • 示例:使⽤ fgets 与 fputs 输出⽂件内容到 stdout 上

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <errno.h>
    #include <string.h>
    int main(int argc,char *argv[])
    {
        FILE *fp = NULL;
        char buffer[64];
    
        fp = fopen(argv[1],"r");
        if (fp == NULL)
        { 
            fprintf(stderr,"cat't open file");
            exit(-1);
        } 
    
        while(fgets(buffer,64,fp) != NULL)
        { 
        	fputs(buffer,stdout); 
        } 
        fclose(fp);
        return 0;
    }
    
  • 练习:使⽤ fputs 与 fgets 来复制⽂件

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    
    
    int main(int argc, const char *argv[])
    {
    	FILE *src_fd = NULL, *des_fd = NULL;
    	char buffer[64] = {0};
    	int buffer_size = sizeof(buffer);
    	if(argc != 3)
    	{
    		fprintf(stderr, "Usage <%s> <pathname>\n", argv[0]);
    		return -1;
    	}
    	src_fd = fopen(argv[1], "r");
    	des_fd = fopen(argv[2], "w+");
    	if(src_fd == NULL || des_fd == NULL)
    	{
    		fprintf(stderr, "fopen()\n");
    		exit(-1);
    	}
    	while((fgets(buffer, buffer_size, src_fd)) != NULL)
    	{
    		fputs(buffer, des_fd);
    	}
    	fclose(src_fd);
    	fclose(des_fd);
    	return 0;
    }
    

3.6 Linux标准io-格式化输入输出与时间获取

当遇到典型的格式化数据进⾏处理时, 就需要相应⽤于格式化输⼊ / 输出的函数来完成, ⽐如⽇期就是典型的具有格式的数据

⽇期数据 : 2022 年 10 ⽉ 22 ⽇

地址数据 : 湖北省武汉市…

3.6.1 格式化输出函数

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  • printf函数

    • 函数头文件

      #include <stdio.h>
      
    • 函数功能

      输出信息到标准输出。

    • 函数原型

      int printf(const char *format,);
      
    • 函数返回值

      实际输出的字节数。

  • fprintf函数

    • 函数头文件

      #include <stdio.h>
      
    • 函数功能

      将格式化数据输出到文件。

    • 函数原型

      int fprintf(FILE *stream, const char *format,);
      
    • 函数参数

      stream : 流对象指针
      format : 格式字符串
      
    • 函数返回值

      实际输出的字节数。

  • sprintf函数

    • 函数头文件

      #include <stdio.h>
      
    • 函数功能

      将格式化数据输出到字符串缓冲区中。

    • 函数原型

      int sprintf(char *str, const char *format,);
      
    • 函数参数

      str : 字符串缓冲区地址
      format : 格式字符串地址
      
    • 函数返回值

      实际输出的字节数。

3.6.2 格式化输入函数

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  • scanf函数

    • 函数头文件

      #include <stdio.h>
      
    • 函数功能

      从标准输⼊读取格式化数据到缓冲区中。

    • 函数原型

      int scanf(const char *format,);
      
    • 函数参数

      format : 格式字符串地址
      
    • 函数返回值

      实际读取的字节数。

  • fscanf函数

    • 函数头文件

      #include <stdio.h>
      
    • 函数功能

      从⽂件中读取格式化数据。

    • 函数原型

      int fscanf(FILE *stream, const char *format,);
      
    • 函数参数

      stream : 流对象指针
      format : 格式字符串地址
      
    • 函数返回值

      实际读取的字节数。

    • 例:格式化输出

      #include <stdio.h>
      #include <stdlib.h>
      #include <errno.h>
      #include <string.h>
      int main(int argc,char *argv[])
      {
          FILE *fp = NULL; 
      
          fp = fopen(argv[1],"w");
          if ( fp == NULL)
          { 
              fprintf(stderr,"can't open file.\n");
              return -1;
          } 
          int numa = 10; 
          float numb = 1.23456;
          char *str = "Hello";
          char buffer[64];
          fprintf(fp,"%d-%f-%s",numa,numb,str);
          sprintf(buffer,"%d-%f-%s",numa,numb,str);
          puts(buffer);
          fclose(fp);
          return 0;
      }
      
  • sscanf函数

    • 函数头文件

      #include <stdio.h>
      
    • 函数功能

      从字符串读取格式化数据。

    • 函数原型

      int sscanf(const char *str, const char *format,);
      
    • 函数参数

      str : 字符串地址
      format : 格式字符串地址
      
    • 函数返回值

      实际读取的字节数。

    • 例:格式化输入

      #include <stdio.h>
      #include <stdlib.h>
      int main(int argc,char *argv[])
      {
          FILE *fp = NULL; 
          int numa = 0,numb = 0,numc = 0; 
          char buffer[64] = "10-20-30";
          if (argc != 2)
          { 
              fprintf(stderr,"Usage : %s <pathname> \n",argv[0]);
              return -1; 
          } 
          fp = fopen(argv[1],"r");
          if (fp == NULL)
          {
              perror("Error fopen(): ");
              return -1; 
          } 
      
          fscanf(fp,"%d-%d-%d",&numa,&numb,&numc);
      
          printf("numa = %d,numb = %d,numc = %d\n",numa,numb,numc);
          numa = 0,numb = 0,numc = 0;
          sscanf(buffer,"%d-%d-%d",&numa,&numb,&numc);
          printf("numa = %d,numb = %d,numc = %d\n",numa,numb,numc);
          fclose(fp);
          return 0;
      }
      

3.6.3 获取系统时间

  • 在 Linux 中获取主要需要以下两个步骤

    • Step 1 : 通过 time() 函数获取从 1970 年⾄今的秒数

    • Step 2 : 通过 localtime() 或者 ctime() 函数

  • time函数

    • 函数头文件

      #include <time.h>
      
    • 函数功能

      获取从 1970-1-1 ⾄今的时间秒数 (时间戳)。

    • 函数原型

      time_t time(time_t *tloc);
      
    • 函数参数

      tloc:输出参数,存储时间变量的指针。
      
      
    • 函数返回值

      如果参数为空,则返回当前时间距1970年1月1日00:00点 UTC的秒数;
      如果参数不为空,此时返回值和参数都为当前时间距1970年1月1日00:00点 UTC的秒数。
      
    • 注意:

      UTC就是一个全世界都用的“标准时间”。这个时间是基于非常准确的原子钟来计算的,所以非常准确。
      UTC就像一把全球统一的“尺子”,用来量时间。这样,不论你在世界的哪个角落,只要提到UTC时间,大家都知道现在是几点。
      当然,每个地方因为日出日落的时间不同,所以会在UTC的基础上加或者减几个小时,形成自己的地方时间。
      但UTC时间就像一个基准,帮助大家更好地理解和沟通时间。
      
  • localtime函数

    • 函数头文件

      #include <time.h>
      
    • 函数功能

      将时间戳转换成本地时间, 并存储到 struct tm 结构体变量中。

    • 函数原型

      struct tm *localtime(const time_t *timep);
      
    • 函数参数

      timep:这是一个指向 time_t 类型变量的指针,该变量包含了要转换的时间。
      
    • 函数返回值

      返回 struct tm 结构体指针
      

      struct tm 的定义大致如下:

      struct tm {
          int tm_sec;    /* Seconds (0-60) */
          int tm_min;    /* Minutes (0-59) */
          int tm_hour;   /* Hours (0-23) */
          int tm_mday;   /* Day of the month (1-31) */
          int tm_mon;    /* Month (0-11) */
          int tm_year;   /* Year - 1900 */
          int tm_wday;   /* Day of the week (0-6, Sunday = 0) */
          int tm_yday;   /* Day in the year (0-365, 1 Jan = 0) */
          int tm_isdst;  /* Daylight saving time */
      };
      
    • 获取当前时间并转换本地时间,以 %d-%d-%d %d::%d::%d 进⾏打印

      #include <stdio.h>
      #include <time.h>
      int main(void)
      {
          time_t t;
      
          struct tm *p_datetime;
          t = time(NULL);
          p_datetime = localtime(&t);
          printf(" %d-%d-%d %d::%d::%d\n"
          	,p_datetime->tm_year + 1900
          	,p_datetime->tm_mon + 1
          	,p_datetime->tm_mday
          	,p_datetime->tm_hour
          	,p_datetime->tm_min 
          	,p_datetime->tm_sec );
          return 0;
      }
      

      练习 :

      获取系统时间,按照 <2022-5-8 23::15:00> 格式写⼊到⽂件中

      #include <stdio.h>
      #include <time.h>
      #include <stdlib.h>
      int main(int argc, const char *argv[])
      {
      	time_t sec = time(NULL);
      	struct tm * date_time_p = localtime(&sec);
      	FILE *fd = NULL;
      	if(argc != 2)
      	{
      		fprintf(stderr, "Usage <%s> <pathname>\n", argv[0]);
      		return -1;
      	}
      	
      	fd = fopen(argv[1], "w+");
      	if(fd == NULL)
      	{
      		fprintf(stderr, "fopen()\n");
      		exit(-1);
      	}
      	fprintf(fd, "<%d-%d-%d::%d:%d:%d>\n", 
      			date_time_p->tm_year + 1900,
      			date_time_p->tm_mon + 1,
      			date_time_p->tm_mday,
      			date_time_p->tm_hour,
      			date_time_p->tm_min,
      			date_time_p->tm_sec
      			);
      	return 0;
      }
      
      

3.7.Linux标准io-⼆进制读写与⽂件定位

3.7.1 二进制文件读写

在标准 I/O 中, ⽤于进⾏⼆进制⽂件进⾏读写时需要调⽤ fread 与 fwrite。

  • fread函数

    • 函数头文件

      #include <stdio.h>
      
    • 函数功能

      从⼆进制⽂件中读取数据到缓冲区
      
    • 函数原型

      size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
      
    • 函数参数

      ptr : 缓冲区地址
      size : 读取每个数据块的⼤⼩
      nmemb : 读取数据对象的个数
      stream : ⽂件指针
      
    • 函数返回值

      成功 : 返回实际读取的数据对象的个数
      失败: 当到达⽂件尾或者发⽣错误,返回较⼩的数据对象个数或者 0
      
  • fwrite函数

    • 函数头文件

      #include <stdio.h>
      
    • 函数功能

      将缓冲区中的数据写⼊到⽂件中 
      
    • 函数原型

      size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
      
    • 函数参数

      ptr : 缓冲区地址
      size : 写入的每个数据块的⼤⼩
      nmemb : 写入的数据对象的个数
      stream : ⽂件指针
      
    • 函数返回值

      成功 : 返回实际写入的数据对象的个数
      失败: 当到达⽂件尾或者发⽣错误,返回较⼩的数据对象个数或者 0
      
    • 示例 : 使⽤ fwrite 存储⼀个浮点数组的数据到⽂件中。

      #include <stdio.h>
      #include <stdlib.h>
      #include <string.h>
      #include <time.h>
      #include <errno.h>
      int main(int argc,char * argv[])
      {
          FILE *fp = NULL;
      
          fp = fopen(argv[1], "w+");
          if (fp == NULL)
          {
              fprintf(stderr,"can't open file.");
              exit(-1);
          }
          float numbers[5] = {1.1,1.2,1.3,1.4,1.5};
          size_t nwbytes = 0 ;
          nwbytes = fwrite(numbers,sizeof(float),5,fp);
          if (nwbytes != 5)
          {
              fprintf(stderr,"fwrite():%s\n",strerror(errno));
              exit(-1);
          }
          rewind(fp);
          size_t nrbytes = 0;
          float rnumbers[5] = {0.0};
          nrbytes = fread(rnumbers,sizeof(float),5,fp);
          if (nrbytes != 5)
          {
              fprintf(stderr,"fread():%s\n",strerror(errno));
              exit(-1);
          }
          int i;
          for (i = 0;i < 5;i++)
          {
              printf(" %f ",rnumbers[i]);
          }
          putchar('\n');
          fclose(fp);
          return 0;
      }
      

3.7.2 文件定位

在对⽂件流进⾏操作时, ⼀般情况下都是顺序操作, 但如果定位到⽂件流某⼀个地⽅进⾏操作,则需要使⽤ fseek 函数进⾏⽂件流的定位。

  • fseek函数

    • 函数头文件

      #include <stdio.h>
      
    • 函数功能

      对⽂件进⾏定位
      
    • 函数原型

      int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
      
    • 函数参数

      • stream : ⽂件指针
      • offset : 偏移量
      • whence: 偏移相对位置
        • SEEK_SET :相对于⽂件头
        • SEEK_CUR : 相对于⽂件当前位置
        • SEEK_END : 相对于⽂件尾
    • 函数返回值

      成功: 返回设置后的偏移位置
      失败:返回 -1, 并设置 errno
      
    • 示例 : 使⽤ fseek 函数进⾏数据流的定位

      int main(int argc,char * argv[])
      {
          FILE *fp = NULL;
          char temp;
          fp = fopen(argv[1],"r");
      
          if (fp == NULL)
          {
              fprintf(stderr,"open failed.");
              return -1;
          }
      
          fseek(fp,5,SEEK_SET);
          temp = fgetc(fp);
          printf("temp = %c\n",temp);
      
          fclose(fp);
          return 0;
      }
      
    • 练习 : 使⽤⼆进制操作接⼝ fread 与 fwrite 复制⼀张图⽚

      #include <stdio.h>
      #include <stdlib.h>
      #include <string.h>
      #include <errno.h>
      #define BUFFER_SIZE 1024
      int main(int argc, const char *argv[])
      {
      	FILE * src_fd = NULL, * des_fd = NULL;
      	char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
      	int nrbytes = 0, nwbytes = 0;
      	if(argc != 3)
      	{
      		fprintf(stderr, "Usage <%s> <pathname>\n", argv[0]);
      		exit(-1);
      	}
      	src_fd = fopen(argv[1], "r");
      	des_fd = fopen(argv[2], "w+");
      	if(src_fd == NULL || des_fd == NULL)
      	{
      		fprintf(stderr, "fopen():%s\n", strerror(errno));
      		exit(-1);
      	}
      	
      	while((nrbytes = fread(buffer, 1, BUFFER_SIZE, src_fd)) > 0)
      	{
      		fwrite(buffer, 1, nrbytes, des_fd);
      	}
      
      	fclose(src_fd);
      	fclose(des_fd);
      	return 0;
      }
      
      

4.静态库与动态库的原理与制作

4.1 程序的编译过程

  • 程序在编译时分为多个阶段

    • 预处理

      • 处理所有预处理命名,包括宏定义、条件编译指令、⽂件包含指令;
    • 编译

      • 进⾏词法分析、语法分析、语义分析后,将代码翻译成汇编指令;
    • 汇编

      • 将汇编指令翻译成机器指令,也就是⼆进制,形成⽬标⽂件;
    • 链接

      • 将多个⽬标⽂件进⾏链接,得到⼀个程序最后的执⾏⽂件。

      外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

  • 编译过程演示示例,假定源⽂件名为 hello.c

    • Step 1:预处理

      gcc -E hello.c -o hello.i
      
    • Step 2:编译

      gcc -S hello.i -o hello.S
      
    • Step 3:汇编

      gcc -c hello.S -o hello.o
      
    • Step 4:链接

      gcc hello.o -o hello
      

4.2 静态库

4.2.1 函数库

  • 函数库是实现了某⼀类功能的若⼲个函数的集合。
  • 函数库可以编译独⽴的⼆进制⽂件,在进⼀步制作成静态库与动态库进⾏链接使⽤。

4.2.2 静态库的文件格式

  • 静态库是函数库⼆进制⽂件的⼀种形式, 在 windows 与 Linux 下对应的⽂件类型。
    • Windows:name.lib
    • Linux:libname.a

4.2.3 静态库的特点

  • 当编译器链接静态库的时候,如果在可执⾏⽂件中有调⽤静态库的函数接⼝,则会将静态库拷⻉到可执⾏⽂件中;
  • 由于可执⾏⽂件中有静态库中函数接⼝的实现代码,运⾏的时候不需要静态库;
  • 由于链接的时候,需要将库函数接⼝实现代码拷⻉到可执⾏⽂件中,所以⽣成。

4.2.4 静态库的制作

  • 静态库的制作

    • 将file.c编译成file.o

      gcc -c file.c -o file.o
      
    • 将file.o生成静态库

      ar -rs libfile.a file.o
      
    • ar 命令⽤于制作静态库的命令, 可以使⽤⼀些常⽤的选项

      -s:将⽬标⽂件的索引符号添加到库中;
      -r : 在库中更新⽂件或者添加新的⽂件。
      

4.2.5 静态库的链接

  • 静态库在链接使⽤时需要指定头⽂件的位置与静态库的位置

    • -I:指定头⽂件
    • -L:指定库的位置
    • -l:指定链接的库的名字
    gcc -I <头⽂件路径> -L < 库的路径 > -l < 静态库的名字 > -o < 可执⾏⽂件名 >
    
  • gcc 编译器默认搜索头⽂件与库⽂件的路径

    /usr/include 为头⽂件默认路径
    /usr/lib 与 /lib 为库的默认路径
    
  • 静态库的优点与缺点

    • 优点
      • 可执⾏程序在执⾏的时候,不需要加载动态库,可以直接运⾏;
    • 缺点
      • 多个程序链接静态库的时候,需要拷⻉多份静态库的代码,占⽤的内存较多;
  • 练习 : 设计⼀个⽤于进⾏算术运算的库 add.h 与 add.c ,然后制作成静态库进⾏链接

    • 第一步:写程序

      add.c

      int add(int a, int b)
      {
      	return a + b;
      }
      

      add.h

      #ifndef __ADD_H__
      #define __ADD_H__
      extern int add(int a, int b);
      #endif
      

      main.c

      #include <stdio.h>
      #include "add.h"
      int main(int argc, const char *argv[])
      {
      	printf("%d\n", add(10, 20));
      	return 0;
      }
      
    • 第二步:写命令

      gcc -c add.c -o add.o
      ar -rs libadd.a add.o
      gcc -I . -L .  main.c -l add -o exec
      

4.3 动态库

4.3.1 动态库的文件格式

  • 动态库的文件格式如下:
    • Windows:name.dll
    • Linux:libname.so

4.3.2 动态库的特点

  • 当编译器链接动态库的时候,会在可执⾏⽂件的头信息中记录库的名字,便于在操作系统执⾏这个可执行文件时, 让操作系统去加载对应的动态库。
  • 当操作系统执⾏可执⾏⽂件时候,会先读取可执⾏⽂件的头信息,然后加载头信息中记录的动态库到内存中运⾏。
  • 当可执⾏⽂件调⽤动态库中的函数时,则需要加载动态库到内存中。

4.3.3 动态库的制作

  • 动态库的制作过程如下:

    • 将 file.c 编译成 file.o

      gcc -c file.c -o file.o
      
    • 将file.o生成动态库

      gcc -shared file.o -o libfile.so
      

4.3.4 动态库的链接

  • 动态库库在链接使⽤时需要指定头⽂件的位置与动态库库的位置

    • -I:指定头⽂件

    • -L:指定库的位置

    • -l:指定链接的库的名字

    gcc -I <头⽂件路径> -L < 库的路径 > -l < 动态库的名字 > < 源⽂件 >-o < 可执⾏⽂件名 >
    
  • gcc 编译器默认搜索头⽂件与库⽂件的路径

    • /usr/include 为头⽂件默认路径

    • /usr/lib 与 /lib 为库的默认路径

  • 与静态库不同的是 动态库在链接成功之后,还需要加载动态库到内存中, 编译与加载是两个不同的动作

    • 编译器在编译时并没有将动态库中的函数拷⻉到可执⾏程序中,只是记录动态库的名字;

    • 在程序运⾏中调⽤到动态苦衷的函数时时,则需要将动态库加载到内存中;

    • 动态库默认加载动态库的路径与链接动态库的默认路径是相同的,都是 /lib 与 /usr/lib;

    • 当默认路径下没有时,则会到 LD_LIBRARY_PATH 环境变量下去找;

    • 可以通过 LD_LIBRARY_PATH 来设置动态库的路径。

    export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH: ⾃⼰库所在的路径
    
  • 练习: 将前⼀次练习对应的 算术运算库 (add.h/add.c) 制作成动态库进⾏链接, 并测试

    gcc -c add.c -o add.o
    gcc -I . -L . main.c -l add -o exec
    export LD_LIBRARY_PATH=.
    ./exec
    

5.项目-实现一个基础的shell程序

5.1 项目简介与框架设计

5.1.1 项目简介

  • 实现⼀个基础的 shell 程序,主要完成两个命令的功能 cp 和 ls
    • cp 命令主要实现:
      • ⽂件复制
      • ⽬录复制
    • ls 命令主要实现:
      • ls -l 命令的功能

5.1.2 项目框架设计

  • 在框架设计上,采⽤模块化设计思想,并具备⼀定的可扩展性, 具体框架如下:

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    • cmd_handle 模块: ⽤于解析命令相关信息,并进⾏命令的分发执⾏

    • cmd_ls 模块 : ⽤于执⾏ ls 命令

    • cmd_cp 模块 : ⽤于执⾏ cp 命令

    • cmd_xxx 模块 : ⽤于扩展

5.1.3 基本框架搭建

  • step1:根据框架规划创建相关源文件

    模块源文件
    命令处理中⼼模块cmd_handle.c、cmd_handle.h
    ls 命令模块cmd_ls.c、cmd_ls.h
    cp 命令模块cmd_cp.c、cmd_cp.h
    ⼯程管理Makefile
    主函数main.c
  • step2:创建Makefile用于管理工程

    OBJS := main.o cmd_ls.o cmd_cp.o cmd_handle.o 
    TARGET := tinyshell 
    $(TARGET): $(OBJS) 
    	@gcc $^ -o $@ 
    	@echo "Done."
    %.o:%.c 
    	@gcc -c $< -o $@ 
    clean: 
    	rm -rf *.o $(TARGET)
    
    • := 表示当前位置所赋的值,⽽不是整个 Makefile 展开之后的值,= 是整个 Makefile 展开之后的所赋的值

      • = 号示例

         x = foo
         y = $(x) bar
         x = xyz
        
        • 上述示例中的 y 的值为 xyz bar
      • := 号示例

         x := foo
         y := $(x) bar
         x := xyz
        
        • 上述示例中的 y 的值为 foo bar
    • $(TARGET) : 表示获取 TARGET 变量的值

    • %.o : %.c :

      • % 表示通配符
      • %.o : ⽤于匹配任意 .o ⽂件, 如 cmd_handle.o ,cmd_ls.o ,…
      • %.c : ⽤于匹配任意 .c ⽂件, 如 cmd_handle.c ,cmd_ls.c ,…
  • step3:在main.c编写基本的main函数

    int main()
    {
    	return 0;
    }
    
  • step4:编译测试

    在命令⾏输⼊ make 命令进⾏测试, 显示 Done , 则表示编译通过

5.1.4 项目主循环实现

  • 项⽬的主循环主要完成的功能:

    • step1:循环获取⽤户输⼊ main.c

      #include <stdio.h>
      #include <string.h>
      
      #define SZ_CMD 64
      
      int main(void)
      {
          char command[SZ_CMD] = {0}; 
      
          for(;;)
          {
              printf("TinyShell > ");
              fgets(command,SZ_CMD,stdin); 
              command[strlen(command) - 1] = '\0'; 
              if (strncmp(command,"quit",4) == 0)
              { 
                  printf("GoodBye\n");
                  break;
              }
      
              cmd_execute(command); 
          } 
          return 0;
      }
      
    • step 2 : 调⽤ cmd_handle 的 cmd_execute 接⼝执⾏相应的命令 cmd_handle.h cmd_handle.c

      cmd_handle.h

      #ifndef __CMD_HANDLE_H_
      #define __CMD_HANDLE_H_
      #define DEBUG
      extern int cmd_execute(char *cmd_str); 
      #endif
      

      cmd_handle.c

      int cmd_execute( char *cmd_str)
      {
      #ifdef DEBUG
       printf("[DEBUG] : cmd string : < %s >\n",cmd_str);
      #endif
       return 0;
      }
      
    • step 3 : 编译并执⾏⼯程

5.2 命令处理框架设计——解析命令

5.2.1 解析命令与分发命令基本思路

  • 输⼊的命令是⼀个完整字符串,⽐如复制 “cp test.txt test1.txt” , 在实际实现业务逻辑时需要进⾏拆分
  • 具体在解析字符串的步骤如下:
    • step 1 : 设计⾃定义的数据结构存储拆分之后的命令信息
    • step 2 : 使⽤ strtok 函数对命令字符串进⾏拆分, 并存储到⾃定义数据结构中
    • step 3 : 按照命令名字分发到具体模块中执⾏

5.2.2 自定义数据结构设计

  • 数据结构定义

    • 对于解析之后的字符串,需要保存到⾃定义的数据结构中

      • 命令名称
      • 参数个数
      • 参数列表
    • 具体的数据结构设计如下:

      #define SZ_NAME 8	// 命令名称的最大长度
      #define SZ_ARG 32	// 每个参数的最大长度
      #define SZ_COUNT 2 	// 参数最大个数
      #include <stdio.h>
      #include <string.h>
      #define DEBUG 
      typedef struct command
      {
          char cmd_name[SZ_NAME]; 				// 命令名称
          char cmd_arg_list[SZ_COUNT][SZ_ARG]; 	// 参数
          int cmd_arg_count; 						// 参数个数
      }cmd_t;
      
  • 数据结构初始化

    • 数据结构初始化 调⽤ init_command_struct 函数, 具体实现如下:

      void init_command_struct(cmd_t *pcmd) 
      { 
          int i; 
          memset(pcmd->cmd_name,0,SZ_NAME); 
          /*
          头文件:#include <string.h>
          函数原型:void *memset(void *str, int c, size_t n) 
          功能:用于将一段内存区域设置为指定的值。
          memset() 函数将指定的值 c 复制到 str 所指向的内存区域的前 n 个字节中,
          */
          for (i = 0;i < SZ_COUNT;i++)
          { 
          	memset(pcmd->cmd_arg_list[i],0,SZ_ARG); 
          } 
          pcmd->cmd_arg_count = 0; 
      }
      
  • 数据结构调试打印

    • 命令数据结构的调试打印 调⽤ print_command_info 函数,具体实现如下:

      void print_command_info(cmd_t *pcmd)
      {
          int i;
          printf("==================\n");
          printf("[DEBUG] cmd name : < %s >\n",pcmd->cmd_name);
          printf("[DEBUG] cmd arg count : < %d >\n",pcmd->cmd_arg_count);
          printf("[DEBUG] cmd arg list : ");
          for (i = 0;i < pcmd->cmd_arg_count;i++)
          {
          	printf(" %s ",pcmd->cmd_arg_list[i]);
          }
          printf("\n==================\n");
      }
      
  • 数据结构初始化与测试

    • 在 cmd_execute 函数中,定义命令数据结构,并进⾏初始化后,并进⾏调试

      int cmd_execute(char *cmd_str)
      {
          cmd_t command ;
          int ret;
          if (cmd_str == NULL)
          	return -1;
      
          init_command_struct(&command); 
      
      #ifdef DEBUG 
          print_command_info(&command); 
      #endif
          return 0;
      }
      

5.2.3 命令解析

  • 字符串拆分函数strtok

    • 命令的解析需要调⽤字符串处理函数 strtok 进⾏拆分

    • strtok 函数具体信息如下:

      • 函数头文件

        #include <string.h>
        
      • 函数原型

        char *strtok(char *str, const char *delim);
        
      • 函数功能

        根据指定的分割字符串进⾏分割
        
      • 函数参数

        str : 分割字符串的地址
        delim : 分割符
        
      • 函数返回值

        成功 : 返回分割后字符串⾸地址
        失败 : 返回 NULL
        
    • 函数注意事项:

      第⼀次调⽤时,需要指定字符串的地址
      第⼆次调⽤时, 第⼀个参数可以填 NULL
      
    • strtok函数示例:

      #include <stdio.h>
      #include <string.h>
      int main(void)
      {
          char str[] = "ABC 123 XYZ";
          char *first = NULL;
          char *other = NULL;
          first = strtok(str," ");
      
          printf(" first : %s\n",first);
          while((other = strtok(NULL," ")))
          {
          	printf(" other : %s\n",other);
          } 
          return 0;
      }
      
      /*
      输出结果为 :
      	ABC 
       	123 
       	XYZ
      */
      

      命令字符串通过 strtok 函数进⾏拆分后需要存储到⾃定义的数据结构

  • 命令参数分拆与存储

    • 命令字符串通过 strtok 函数进⾏拆分后需要存储到⾃定义的数据结构

      int cmd_parse(char *cmd_str,cmd_t *pcmd)
      {
          char *p_cmd_name = NULL;
          char *p_cmd_arg = NULL;
          int index = 0;
          if (cmd_str == NULL || pcmd == NULL)
          	return -1;
          p_cmd_name = strtok(cmd_str," "); 
      #ifdef DEBUG
          printf("[DEBUG]: cmd_name : %s\n",p_cmd_name);
      #endif
          strcpy(pcmd->cmd_name,p_cmd_name); 
          for(;;)
          {
          	p_cmd_arg = strtok(NULL," "); 
          	if (p_cmd_arg == NULL)
          		break;
          	strcpy(pcmd->cmd_arg_list[index++],p_cmd_arg); 
          }
          pcmd->cmd_arg_count = index; 
      #ifdef DEBUG
          print_command_info(pcmd); 
      #endif
          return 0;
      }
      
    • 在实现了 cmd_parse 函数后,在 cmd_execute 函数中进⾏调⽤, 具体如下:

      int cmd_execute(char *cmd_str)
      {
          cmd_t command ;
          int ret;
          if (cmd_str == NULL)
          return -1;
      
          init_command_struct(&command); 
          ret = cmd_parse(cmd_str,&command); 
          if (ret == -1)
          	return -1;
      #ifdef DEBUG 
          print_command_info(&command);
      #endif
      
          return 0;
      }
      

5.2.4 分发执行

  • 当命令⾏解析完成之后,则需要进⾏具体分发到各个模块具体执⾏, 这⾥调⽤ cmd_dispatch函数, 具体实现如下:

    int cmd_dispatch(cmd_t *pcmd)
    {
        if (pcmd == NULL)
        	return -1;
        if (strcmp(pcmd->cmd_name,"ls") == 0)
        {
    
        }
        else if (strcmp(pcmd->cmd_name,"cp") == 0)
        {
    
        }
        return 0;
    }
    
  • 在 cmd_execute 函数中调⽤ cmd_dispatch 函数

    int cmd_execute( char *cmd_str)
    {
        cmd_t command ;
        int ret;
        if (cmd_str == NULL)
        	return -1;
    
        init_command_struct(&command); 
        ret = cmd_parse(cmd_str,&command); 
        if (ret == -1)
        	return -1;
    #ifdef DEBUG 
        print_command_info(&command); 
    #endif
        ret = cmd_dispatch(&command);
        if (ret == -1)
        	return -1;
        return 0;
    }
    

5.3 CP命令设计与实现

5.2.1 需求分析

  • 完成⼀个⽬录的复制,具体要求如下:

    • 实现⽂件复制

      cp 1.txt 2.txt

    • 实现⽬录复制

      cp src_dir dest_dir

5.2.2 思路分析

  • 总体思路

    • 根据⽂件类型进⾏判断,如果是普通⽂件,则直接进⾏复制, 如果是⽬录,则递归复制⽬录。
  • 基本思路如下:

    • 判断⽂件类型
      • 是普通⽂件, 则直接进⾏复制
      • 是⽬录,则递归进⾏⽬录复制
    • 复制目录
      • 在⽬标路径创建新的同名⽬录
      • 打开⽬录
      • 遍历⽬录
        • 获取⽂件名,并合成源⽬录绝对路径以及⽬标⽬录绝对路径
        • 根据路径判断源⽂件类型
          • 是⽂件,则直接进⾏复制
          • 是⽬录,则继续进⾏递归复制
    image-20240508195953360

5.2.3 框架设计

  • 命令执行接口设计
    • cp 的命令的总的⼊⼝函数为 cmd_cp_execute 函数, 具体逻辑如下:

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

  • 文件信息数据结构定义
    • 复制文件的相关信息的结构体定义如下:

)
return -1;
p_cmd_name = strtok(cmd_str," “);
#ifdef DEBUG
printf(”[DEBUG]: cmd_name : %s\n",p_cmd_name);
#endif
strcpy(pcmd->cmd_name,p_cmd_name);
for(;😉
{
p_cmd_arg = strtok(NULL," ");
if (p_cmd_arg == NULL)
break;
strcpy(pcmd->cmd_arg_list[index++],p_cmd_arg);
}
pcmd->cmd_arg_count = index;
#ifdef DEBUG
print_command_info(pcmd);
#endif
return 0;
}
```

  • 在实现了 cmd_parse 函数后,在 cmd_execute 函数中进⾏调⽤, 具体如下:

    int cmd_execute(char *cmd_str)
    {
        cmd_t command ;
        int ret;
        if (cmd_str == NULL)
        return -1;
    
        init_command_struct(&command); 
        ret = cmd_parse(cmd_str,&command); 
        if (ret == -1)
        	return -1;
    #ifdef DEBUG 
        print_command_info(&command);
    #endif
    
        return 0;
    }
    

5.2.4 分发执行

  • 当命令⾏解析完成之后,则需要进⾏具体分发到各个模块具体执⾏, 这⾥调⽤ cmd_dispatch函数, 具体实现如下:

    int cmd_dispatch(cmd_t *pcmd)
    {
        if (pcmd == NULL)
        	return -1;
        if (strcmp(pcmd->cmd_name,"ls") == 0)
        {
    
        }
        else if (strcmp(pcmd->cmd_name,"cp") == 0)
        {
    
        }
        return 0;
    }
    
  • 在 cmd_execute 函数中调⽤ cmd_dispatch 函数

    int cmd_execute( char *cmd_str)
    {
        cmd_t command ;
        int ret;
        if (cmd_str == NULL)
        	return -1;
    
        init_command_struct(&command); 
        ret = cmd_parse(cmd_str,&command); 
        if (ret == -1)
        	return -1;
    #ifdef DEBUG 
        print_command_info(&command); 
    #endif
        ret = cmd_dispatch(&command);
        if (ret == -1)
        	return -1;
        return 0;
    }
    

5.3 CP命令设计与实现

5.2.1 需求分析

  • 完成⼀个⽬录的复制,具体要求如下:

    • 实现⽂件复制

      cp 1.txt 2.txt

    • 实现⽬录复制

      cp src_dir dest_dir

5.2.2 思路分析

  • 总体思路

    • 根据⽂件类型进⾏判断,如果是普通⽂件,则直接进⾏复制, 如果是⽬录,则递归复制⽬录。
  • 基本思路如下:

    • 判断⽂件类型
      • 是普通⽂件, 则直接进⾏复制
      • 是⽬录,则递归进⾏⽬录复制
    • 复制目录
      • 在⽬标路径创建新的同名⽬录
      • 打开⽬录
      • 遍历⽬录
        • 获取⽂件名,并合成源⽬录绝对路径以及⽬标⽬录绝对路径
        • 根据路径判断源⽂件类型
          • 是⽂件,则直接进⾏复制
          • 是⽬录,则继续进⾏递归复制
    image-20240508195953360

5.2.3 框架设计

  • 命令执行接口设计
    • cp 的命令的总的⼊⼝函数为 cmd_cp_execute 函数, 具体逻辑如下:

[外链图片转存中…(img-SOp0sRMG-1715490401070)]

  • 文件信息数据结构定义
    • 复制文件的相关信息的结构体定义如下:

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