一、文件的基本了解

1. 文件 = 内容 + 属性

文件由内容和属性组成。
文件的权限，创建时间，拥有者等都是文件的属性，如下：

文件中写了些什么，就属于文件的内容了。

2. 文件被访问之前，要被打开

那么为什么要将文件加载到内存中呢？—— 文件必须被加载到内存中，这样 CPU 才能通过执行代码来修改它。

所以按照文件是否被加载到内存中，可以将文件分类：内存文件（被打开的），磁盘文件（未被打开的）。

3. 谁在打开文件？

是进程在打开文件。代码中有 fopen() 等函数，该程序形成进程后，CPU 调度该进程，执行到 fopen() 后才打开文件。
那么，一个进程是可以打开多个文件的，一段时间内，系统中又会有很多进程，所以系统需要将这些进程打开的文件进行管理，方法是：先描述，后组织。

• 先描述：使用一个结构体/类来描述文件（struct file），里面成员是文件的各种属性等，然后就可以创建具体的类对象来代表某个文件了。
• 再组织：将所有文件的类对象使用某种数据结构链接起来。

这样，进程和文件的关系就变为了 task_struct 和 struct file 之间的关系，对文件的管理就变成对它的数据结构的增删查改了。

二、fopen()

fopen() 函数是一个用来打开文件的函数。

它的两个参数：

• filename：文件名。看你要打开哪个文件。
• mode：打开方式。看你是要 “只读” 打开呢，还是 “又读又写” 打开。

mode 总计是有 6 种可选择的，如下：

下面我们从两个基本的方式 “w” 和 “r” 方式来看一下 fopen() 函数的基本使用。

w 方式打开文件

以该方式打开一个文件的情况是：（创建）+ 清空 + 写入。
如果要打开的文件存在就打开，不存在就创建一个再打开，然后将文件内容清空，再写入内容。

① 基本使用：

首先我们来看 file.txt（这个是我们要操作的文件）里面的内容，是有内容的：
（cat + 文件名 该指令可以查看文件内容）

然后我们查看一下 test.c 文件（源文件）的内容：

然后我们将 test.c 文件编译成可执行程序 test，并运行：

从上面我们可以看到对 file.txt 文件以 w 方式进行打开后， file.txt 文件中原本的内容 #include<stdio.h> 没有了，而是重新写入的 hello zzz。

② 标准重定向：

标准重定向写入时，其实是以 w 方式打开的，所以标准重定向每次也会对文件进行清空。

a 方式打开文件

以该方式打开一个文件的情况是：（创建）+ 追加。
如果要打开的文件存在就打开，不存在就创建一个再打开，然后直接在文件内容基础上，写入内容。

① 基本使用：

查看 test.c 文件中的内容，是以 a 方式打开的：

然后运行程序，我们可以看到 file.txt 文件前后内容上是添加了 hello zzz 的，是直接在原本的内容基础上追加的，而不是清空后再写入的：

② 重定向：

重定向其实是以 a 方式打开的文件，进行了追加：

fopen（）定位文件

• 如果 filename 参数种没有路径，只是一个文件名的话，就在【当前路径】下查找文件，没有的话就新建一个。
  进程在启动时，会自动记录自己启动时所在的路径，这就是【当前路径】。
• 如果 filename 参数种带了路径，那就在【所给路径】下查找或创建文件。
  所以如果不想在当前路径下创建文件的话，可以在 fopen() 中写上路径。

示例：

该程序会在上级路径下创建一个 f.txt 的文件，并写入 hello zzz ，我们来看一下：

三、默认打开的文件流

系统会默认打开三个文件：stdin（标准输入）, stdout（标准输出）, stderr（标准错误）。

四、文件描述符

描述文件的结构体

① 硬件提供各自的操作方法

不同设备的操作方法是不同的，但都会提供操作的函数：

② 使用结构体描述硬件，并管理起来

每种硬件都用统一的结构体对象描述，这样就可以统一的管理这些硬件了，将这些对象使用某种数据结构链接起来，对这些硬件的管理就可以转变为对数据结构的增删查改了。

③ VFS:虚拟文件系统

VFS 是 Linux 内核的一个软件层，提供了一个统一的文件模型，使应用程序能够访问不同的文件系统和设备。

文件描述符的存在

那么文件描述符是什么呢，在哪里存在呢，有什么作用呢？我们来看一下整体结构：

• 上文已经说过了，系统会对进程打开的文件尽心管理，所以上图的右侧就是文件管理部分，操作系统管理的文件列表，使用统一的结构体描述的不同硬件文件，在文件被加载到内存上后，就会被放到操作系统管理的文件列表中。
• 当文件被加载到内存后，我们怎么知道是哪个进程需要的这个文件呢？—— 通过文件描述符表。我们看上图的左侧，当我们某个进程打开某个文件后，该文件就被会添加到进程的文件描述符表中，通过指针指示，进程就可以找到加载后的文件了。
• 从图中我们还可以看到，文件描述符表其实是个数组，是个数组的话那就会有下标，该下标就是文件描述符。同时数组中的 0、1、2 位置其实分别指向的是键盘、显示器、显示器，其实是 stdin，stdout，stderr 三个文件，也就是上面我们所提到的默认打开的三个文件流，默认打开其实就是每个进程创建时，文件描述符表的前三个位置就已经有数据了，就是那三个文件，当然这三个文件也是可以手动关闭的。

因为文件描述符(数组下标)和进程打开的文件对应，所以在上层可以使用文件描述符 fd 来代表该进程打开的文件。

---

本文到这里就结束了，如果对您有帮助，希望得到您的一个赞！🌷
如有错漏，欢迎指正！😄