【Linux】：文件IO

1.C文件接口

1.1 当前路径是什么？

1.2 "w"和"a"编辑

2.系统文件I/O

2.1 "比特宏"标识符的实现:

2.2 open

1.系统默认创建文件的权限只写

2.设置新建文件的权限

3. 覆盖写/清空写/追加写

3.访问文件的本质

3.1 文件描述符

3.2 使用文件描述符

3.3 C库中的标准输出输入

3.4 文件描述符的分配规则

4.文件重定向

4.1 dup2

4.2 追加重定向

4.3 输入重定向

5. 模拟shell实现文件重定向功能

6.为什么文件描述符1和2都指向屏幕

7. 理解“Linux下一切皆文件”

1.C文件接口

1.1 当前路径是什么？

我们之前学习了fopen，当我们用读方式打开一个不存在的文件时，会在当前目录创建所需文件。第一个参数表示文件路径，如果只写一个文件名，没有写路径，默认在当前目录下打开该文件。

如果写了绝对路径或相对路径，就会去对应的路径下打开所需文件。

那么，这里的当前路径，到底是什么意思呢？如果我们只学习了C语言，没有学习操作系统相关的知识，是很难理解的。这里的当前路径，其实是指程序运行后的进程所在的当前工作目录。

如何证明这一点呢？

我们先在当前目录用fopen的"w"创建一个文件，

然后用chdir更改当前目录，

更改当前目录后，在proc目录下查询对应进程标识符的目录，可以看到cwd发生了改变。

1.2 "w"和"a"

w会截短文件的长度为0或创建一个文件。我们用"w"的方式在当前目录创建文件，每次运行该程序都会覆盖原log.txt的内容，这说明"w"写入文件前会清空文件。就像重定向一样，我们可以利用重定向清空文件，

但我们还有一个问题，strlen("要写入的字符串")要不要加1，要把"\0"写入到文件中吗？

答案是不需要。因为C语言在内存里没办法标定字符串的结束，没有字符串类型，只好用“\0”来标识字符串的结尾，跟文件没有关系，仅仅是C语言的规定，我们把字符串写到文件里，字符串可能被java、python等语言编写的程序或者其他编译器或者文本编辑器读取，文件又没有规定字符串必须用“\0”结尾。所以我们只要把字符串的内容写入文本中，不用写入“\0”。

如果我们要向文件中“追加写”，可以用“a”。

【C语言】：与文件通信-CSDN博客

2.系统文件I/O

2.1 "比特宏"标识符的实现:

每一个比特位表示不同的功能,用宏来表示不同的比特位,函数体中用if语句判断"标识符&宏"的真假,通过向函数传递单个或多个按位或的宏,从而实现单个或多个不同的功能。

2.2 open

第一个参数pathname,表示要打开或要新建的文件名或文件名的路径(包括相对路径或绝对路径,不写路径默认是文件名),

第二个参数flags表示访问文件的格式,

O_RDONLY: 只读打开

O_WRONLY: 只写打开

O_RDWR : 读，写打开这三个常量，必须指定一个且只能指定一个

O_CREAT : 若文件不存在，则创建它。需要使用mode选项，来指明新文件的访问权限

O_TRUNC:在写之前清空文件,将文件内容的长度截断位0

第三个参数表示创建文件的默认权限.

返回值：打开文件的文件描述符。（详情请往下浏览）

举例:

1.系统默认创建文件的权限只写

2.设置新建文件的权限

我们可以通过umask系统调用,在进程内部设置局部权限掩码,根据"就近原则", 系统的权限掩码就不会起作用.

3. 覆盖写/清空写/追加写

我们通过系统调用write,向进程中打开的文件内写入内容.

覆盖写:不带参数O_APPEND和O_TRUNC

清空写:O_TRUNC

追加写:O_APPEND

其实C语言的库函数中fopen的第二个参数就是对系统调用open的第二个参数的封装,但是fopen返回值是FILE*类型,而open返回的类型是int,这两个类型又有什么联系呢?

3.访问文件的本质

3.1 文件描述符

文件描述符在形式上是一个非负整数。实际上，它是一个索引值，指向内核为每一个进程所维护的该进程打开文件的记录表。当程序打开一个现有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。

文件描述符 - 维基百科，自由的百科全书 (wikipedia.org)

文件描述符（file descriptor）就是内核为了高效管理这些已经被打开的文件所创建的索引，其是一个非负整数（通常是小整数），用于指代被打开的文件.

彻底弄懂 Linux 下的文件描述符（fd）_linux fd管理-CSDN博客

一个进程可以打开多个文件,一个文件可以被多个进程打开,这会不会造成冲突呢?

前一个场景我们通过文件描述表使一个进程管理多个文件,而当一个文件被多个进程打开时,在file结构中会有一个成员变量count(可能是别的变量名),专门统计打开该文件的进程数.

如果一个进程proc1打开file,file中的count会加1,另一个进程proc2打开file,count再加1,以此类推.同理,如果进程proc1要关闭file,只要将自己的文件描叙符表中对应的元素(是一个文件指针)置空,file中的count减1,如果count减到0,就真正关闭文件.这其实是采用了"引用计数"的思想.

3.2 使用文件描述符

根据文件描叙符表中的下标,分别向"标准输出"和"标准错误输出"输出字符串.

通过键盘向"标准输入"输入字符串:

3.3 C库中的标准输出输入

我们知道,C程序运行时,也会默认打开三个标准流,分别是stdin,stdout,stderr .他们的类型都是FILE*,而系统文件I/O,都是通过文件描述符操作文件的,所以FILE必须含有文件描述符.

上面代码中的fileno,就是C库对文件描述符的封装.我们关闭系统的标准输出流1,运行程序,可以发现终端屏幕上什么都没有打印,这是因为我们关闭了系统的标准输出(显示器)接口,而printf打印的字符都是标准输出,我们可以查看一下printf的返回值,

printf返回值是13,说明printf成功读取了13个字符,但由于找不到标准输出流对应的文件描述符,所以无法在屏幕上显示读取成功的字符.

这里有人问,为什么fprintf可以将结果打印到屏幕呢? 因为fprintf是通过标准错误输出流打印到屏幕,关闭的是标准输出流,标准错误输出流并没有关闭.标准输出流和标准错误输出流都是指向屏幕,屏幕被当作一个文件,两个流文件指向同一个硬件,关闭其中一个文件流,是将其文件描述符表中对应下标的文件置空,文件内部的count减1,count减到0,进程才会彻底关闭该硬件(进程无法访问该硬件对应的所有文件).(存疑)