1、Linux中I/O讲解
今天，我们重新学习C语言的基础，特别是I/O口的讲解。
所谓标准 I/O 库则是标准 C 库中用于文件 I/O 操作（譬如读文件、写文件等）相关的一系列库函数的集合，通常标准 I/O 库函数相关的函数定义都在头文件<stdio.h>中，所以我们需要在程序源码中包含<stdio.h>头文件。
标准 I/O 库函数是构建于文件 I/O（open()、read()、write()、lseek()、close()等）这些系统调用之上的，譬如标准 I/O 库函数 fopen()就利用系统调用 open()来执行打开文件的操作、fread()利用系统调用 read()来执行读文件操作、fwrite()则利用系统调用 write()来执行写文件操作等等。
大家需要有一个意识的认知，标准 I/O 与 文件I/O的区别：
- 虽然标准 I/O 和文件 I/O 都是 C 语言函数，但是标准 I/O 是标准 C 库函数，而文件 I/O 则是 Linux系统调用；
- 标准 I/O 是由文件 I/O 封装而来，标准 I/O 内部实际上是调用文件 I/O 来完成实际操作的；
- 可移植性：标准 I/O 相比于文件 I/O 具有更好的可移植性，通常对于不同的操作系统，其内核向应用层提供的系统调用往往都是不同，譬如系统调用的定义、功能、参数列表、返回值等往往都是不一样的；而对于标准 I/O 来说，由于很多操作系统都实现了标准 I/O 库，标准 I/O 库在不同的操作系统之间其接口定义几乎是一样的，所以标准 I/O 在不同操作系统之间相比于文件 I/O 具有更好的可移植性。
- 性能、效率：标准 I/O 库在用户空间维护了自己的 stdio 缓冲区，所以标准 I/O 是带有缓存的，而文件 I/O 在用户空间是不带有缓存的，所以在性能、效率上，标准 I/O 要优于文件 I/O。
2、open函数
在 Linux 系统中要操作一个文件，需要先打开该文件，得到文件描述符，然后再对文件进行相应的读写操作（或其他操作），最后在关闭该文件；open 函数用于打开文件，当然除了打开已经存在的文件之外，还可以创建一个新的文件；
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
在 Linux 系统下，可以通过 man 命令（也叫 man 手册）来查看某一个 Linux 系统调用的帮助信息，man命令可以将该系统调用的详细信息显示出来，譬如函数功能介绍、函数原型、参数、返回值以及使用该函数所需包含的头文件等信息；man 更像是一份帮助手册，所以也把它称为 man 手册，当我们需要查看某个系统调用的功能介绍、使用方法时，不用在上网到处查找，直接通过 man 命令便可以搞定，man 命令用法如下所示：
man 2 open #查看 open 函数的帮助信息
Tips：man 命令后面跟着两个参数，数字 2 表示系统调用，man 命令除了可以查看系统调用的帮助信息外，还可以查看 Linux 命令（对应数字 1）以及标准 C 库函数（对应数字 3）所对应的帮助信息；最后一个参数 open 表示需要查看的系统调用函数名。
在这里插入图片描述
open函数解析
pathname：字符串类型，用于标识需要打开或创建的文件，可以包含路径（绝对路径或相对路径）信息，譬如：“./src_file”（当前目录下的 src_fil件）、"/home/dengtao/hello.c"等；如果 pathname 是一个符号链接，会对其进行解引用。
flags：调用 open 函数时需要提供的标志，包括文件访问模式标志以及其它文件相关标志，这些标志使用宏定义进行描述，都是常量，open 函数提供了非常多的标志，我们传入 flags 参数时既可以单独使用某一个标志，也可以通过位或运算（|）将多个标志进行组合。这些标志介绍如下：
3.Write写文件
调用 write 函数可向打开的文件写入数据，其函数原型如下所示（可通过"man 2 write"查看）：
man 2 write
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
查看函数调用方法：
fd：文件描述符。关于文件描述符，前面已经给大家进行了简单地讲解，这里不再重述！我们需要将进
行写操作的文件所对应的文件描述符传递给 write 函数。
buf：指定写入数据对应的缓冲区。
count：指定写入的字节数。
返回值：如果成功将返回写入的字节数（0 表示未写入任何字节），如果此数字小于 count 参数，这不是错误，譬如磁盘空间已满，可能会发生这种情况；如果写入出错，则返回-1。
4.read读文件
调用 read 函数可从打开的文件中读取数据，其函数原型如下所示（可通过"man 2 read"查看）：
man 2 read
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
函数参数和返回值含义如下：
fd：文件描述符。与 write 函数的 fd 参数意义相同。
buf：指定用于存储读取数据的缓冲区。
count：指定需要读取的字节数。
返回值：如果读取成功将返回读取到的字节数，实际读取到的字节数可能会小于 count 参数指定的字节数，也有可能会为 0，譬如进行读操作时，当前文件位置偏移量已经到了文件末尾。实际读取到的字节数少于要求读取的字节数，譬如在到达文件末尾之前有 30 个字节数据，而要求读取 100 个字节，则 read 读取成功只能返回 30；而下一次再调用 read 读，它将返回 0（文件末尾）。
5. lseek函数
对于每个打开的文件，系统都会记录它的读写位置偏移量，我们也把这个读写位置偏移量称为读写偏移量，记录了文件当前的读写位置，当调用 read()或 write()函数对文件进行读写操作时，就会从当前读写位置偏移量开始进行数据读写。
读写偏移量用于指示 read()或 write()函数操作时文件的起始位置，会以相对于文件头部的位置偏移量来表示，文件第一个字节数据的位置偏移量为 0。
当打开文件时，会将读写偏移量设置为指向文件开始位置处，以后每次调用 read()、write()将自动对其进行调整，以指向已读或已写数据后的下一字节，因此，连续的调用 read()和 write()函数将使得读写按顺序递增，对文件进行操作。我们先来看看 lseek 函数的原型，如下所示（可通过"man 2 lseek"查看）：
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
函数参数和返回值含义如下：
fd：文件描述符。
offset：偏移量，以字节为单位。
whence：用于定义参数 offset 偏移量对应的参考值，该参数为下列其中一种（宏定义）：
1）.SEEK_SET：读写偏移量将指向 offset 字节位置处（从文件头部开始算）；
2）.SEEK_CUR：读写偏移量将指向当前位置偏移量 + offset 字节位置处，offset 可以为正、也可以为负，如果是正数表示往后偏移，如果是负数则表示往前偏移；
3）.SEEK_END：读写偏移量将指向文件末尾 + offset 字节位置处，同样 offset 可以为正、也可以为负，如果是正数表示往后偏移、如果是负数则表示往前偏移。
返回值：成功将返回从文件头部开始算起的位置偏移量（字节为单位），也就是当前的读写位置；发生错误将返回-1。
参考例程
将hello world 写入文件并读出；
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char buffer[1024];
int fd1,fd2; //fd1写文件，fd2读文件
int ret;
/************写文件***************/
//通过open参数，对用户赋予txt文件的使用权限（也可以单独使用终端修改权限）
fd1 = open("./test.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL , 644);
if (-1 == fd1)
{
printf("open1 error\n");
return 1;
}
printf("open1 is ok\n");
ret = write(fd1, "hello world", 11 );
if (-1 == ret )
{
printf("write error\n");
close(fd1);
return 1;
}
printf("write %d bytes Ok! \n",ret);
close(fd1);
/************读文件***************/
fd2 = open("./test.txt", O_RDONLY );
if (-1 == fd2)
{
printf("open2 error\n");
return 1;
}
printf("open2 is ok\n");
ret = read(fd2, buffer, 11 );
if (-1 == ret )
{
printf("read error\n");
close(fd2);
return 1;
}
printf("read %d bytes %s\n",ret,buffer);
close(fd2);
return 0;
}
本文参考正点原子的嵌入式LinuxC应用编程手册
