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0.前言

1.C / C++ ->文件操作

1.1 C语言文件操作

1.1.1 C语言文件打开/关闭/写入

1.1.2 C语言文件的追加操作

1.1.3 C语言文件的读取

1.2 C++语言文件操作

1.2.1 C++文件打开 / 关闭 / 写入

1.2.2 C++文件读取

1.2.3 文件追加

2.三个默认输入输出流

2.1 C语言中的三个

2.2从三个流的操作引入一切皆文件

2.2.1主体操作

2.2.2标准输出和标准错误的小区别

2.2.3从文件操作体会一切皆文件

2.3从流文件操作看OS对底层的封装

3.系统调用接口（文件操作）

3.1 open接口

3.1.1 open参数与返回值

3.1.2 open的实践使用

3.2 write接口

3.3 read接口

3.4 write追加

---

0.前言

本文所有代码都以上传至gitee：
practice14 · onlookerzy123456qwq/Linuxtwo - 码云 - 开源中国 (gitee.com)

1.C / C++ ->文件操作

我们首先来复习一下，C语言，C++的对于文件操作提供的接口。

1.1 C语言文件操作

1.1.1 C语言文件打开/关闭/写入

//FILE *fopen(const char *path, const char *mode);      
  FILE* f_test = fopen("./diary.txt","w");      
  //打开文件需要检查是否打开成功      
  if(f_test == NULL)       
  {                        
    printf("file open error\n");      
    return 1;             
  }                        
  //对文件进行写入操作(写入5个hello world\n)     
  int k = 5;               
  while(k--){      
  //int fputs(const char *s, FILE *stream);        
  fputs("hello world\n",f_test);    
  }                        
  //打开文件需要关闭文件  
  //int fclose(FILE *fp);                                                                                        
  fclose(f_test);                                                                                                 
  return 0;   

首先我们如何在C语言当中 打开文件，使用的是 fopen接口， 返回的是一个 FILE*指针，我们拿到这个FILE* 指针，就可以 通过FILE指针对打开的相应文件操作。
fopen的第一个参数是 path，指明这个 文件所在的路径+文件名，我们例子中的 "./diary.txt"，指明的就是 当前文件夹下的diary.txt文件进行打开。
fopen的第二个参数是 mode，我们要填入的是 打开这个文件的模式，例如你是以 只读方式，或写方式，或追加方式等，对文件进行打开。

PS：我们打开文件之后，需要记住两件事， 第一件事是检查文件打开是否成功，如果 fopen失败返回的是 NULL。第二件事是 fclose关闭文件，不然会对后续文件的操作产生影响： 此处如果没有fclose，数据留在缓冲区中，虽然可以成功写入，但是无法成功读取。

然后我们讲C语言的 写入文件接口 fputs，它的 第一个参数s是要写入文件的字符串，写入到的目标文件是 第二个参数FILE* stream，也就是 fopen的返回值，指代 要写入的文件是谁。

1.1.2 C语言文件的追加操作

这里我们要注意需要以 追加append的方式打开这个文件,即 fopen的第二个参数我们传入"a"，然后我们调用C语言写入接口，就会默认在文件尾进行写入，完成对原来内容的追加。

 //FILE *fopen(const char *path, const char *mode);          
  FILE* f_test = fopen("./diary.txt","a");          
  //打开文件需要检查是否打开成功          
  if(f_test == NULL)           
  {                            
    printf("file open error\n");          
    return 1;       
  }                                      
  //对文件append操作                   
  int k = 5;                                                  
  while(k--){                                 
  fputs("hello world\n",f_test);          
  }                                      
  //打开文件需要关闭文件                                                                                              
  fclose(f_test);

1.1.3 C语言文件的读取

这里读取我们使用的是 fgets接口：
fgets接口是 一次读取文件的一行内容到buffer接收缓冲区里面，第一个参数填buffer接口缓冲区，即把从文件中 读取到的一行内容放在哪里。
第三个参数是FILE* stream，表征的是 从哪个文件里面进行一行的读取。
第二个参数int size，它的意义是 期待最多读取size-1个字符， 最多读取size-1个字符，也可以读取不到这么多，所以 只需要你填入buffer的size大小即可。fgets接口会在 读取到的字符串的最后，自动添加\0。

//FILE *fopen(const char *path, const char *mode);              
  FILE* f_test = fopen("./diary.txt","r");    
  //打开文件需要检查是否打开成功              
  if(f_test == NULL)    
  {                                
    printf("file open error\n");              
    return 1;           
  }                                          
  //对文件read操作 
  //create buffer to receive the data of the file we read
  char buffer[256];
  memset(buffer,0,sizeof(buffer));
  printf("We read file:\n");
  //char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
  //fgets从流上读取最多（size-1）个字符并将其存储到s指向的buffer中，当遇到新的一行或文件结束标志时结束
  while(fgets(buffer,sizeof(buffer),f_test) != NULL){
    //每次都读取一行到buffer里面，所以说每次读取一行，我们就要对这个打印这一行，否则就会一行一行覆盖前面读取的内容
    printf("%s\n",buffer);
  }
  //读取完毕文件之后需要检查是否读取完成成功
  if(!feof(f_test)){
    printf("file read not to end,file quit illegally!\n");
  }
  //打开文件需要关闭文件                                                                                                  
  fclose(f_test);     

每次读取的是一行的内容到缓冲区当中，所以说 每次读取一行，我们就要对这个打印这一行，否则就会被 下一次fgets读取的下一行的内容 覆盖buffer中前面读取的内容。

然后还要记得对读取之后进行检查，因为存在读取失败的问题，feof接口， 检查此时文件是否已经到文件尾，即我们是否已经读取完毕。

1.2 C++语言文件操作

1.2.1 C++文件打开 / 关闭 / 写入

  //explicit ofstream (const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::out);
  std::ofstream ofs("./diary2.txt",std::ios::out | std::ios::binary);
  //打开文件就要检查是否打开成功
  if(!ofs.is_open()){
    cout<<"file open error"<<endl;
    return 1;
  }
  //对文件进行写入
  string name = "张三";
  int age = 18;
  ofs << "姓名："<<name<<" "<<"年龄："<<age<<endl;
  //还可以调用ofs的write接口进行写入
  string message_temp = "Happy Everyday!~\n";
  for(int i = 0;i<3;++i)
  {
    ofs.write(message_temp.c_str(),message_temp.size());
  }
  //即使我们不主动close，也会在析构的过程中自动关闭，但是我们提倡主动释放，减少资源占据
  ofs.close();
  return 0;

C++使用的ofstream类的对象，进行对目标文件的打开， ofstream构造函数的 第一个参数是 要打开的文件路径+文件名，第二个参数是 打开的方式是什么，比如默认缺省不写是 文本写入，我们上述代码块的第二行是 二进制写入的方式打开文件。

打开文件之后我们有两件事，第一件事是 查看文件是否被打开成功，我们 调用的是ofstream对象的is_open()成员函数；第二件事是 关闭文件，调用的是 ofstream对象的close()成员函数。当然C++当中有析构函数，可以不用主动close，ofs对象生命周期结束的时候，可以自动调用close，但是能主动调就主动调，减少资源的占据。

1.2.2 C++文件读取

C++文件读取，我们使用的是ifstream类对象，构造函数第一个参数是要进行读取文件的路径+文件名，第二个参数是传入的打开文件的模式，默认是文本读取，下面代码我们设置的是二进制读取模式。

ifstream读取文件内容的方式可以调用对于int string类等自己封装的的operator>>函数，也可以调用ifstream类的成员方法read。

 //explicit ifstream (const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::in);
  std::ifstream ifs("./diary2.txt",ios_base::in | ios_base::binary);
  //打开文件就要检查是否打开成功
  if(!ifs.is_open()){
    cout<<"file open error"<<endl;
    return 1;
  }
  //对文件进行读取
  string name;
  int age = 0;
  ifs >> name >> age;
  //打印读取到的信息
  cout<<"We Read:\n姓名："<<name<<" "<<"年龄："<<age<<endl;
  //还可以使用read语法
  char buffer[128];
  //读取到的内容放到buffer当中,期待读取的字节数是sizeof(buffer)
  ifs.read((char*)buffer,sizeof(buffer));
  cout<<"We Also Read:\n"<<buffer<<endl;
  //即使我们不主动close，也会在析构的过程中自动关闭，但是我们提倡主动释放，减少资源占据
  ifs.close();

如图看到我们的读取文件代码是成功的。

1.2.3 文件追加

C++的追加写入，我们只要在写入ofstream类构造函数基础上，设置app追加模式，然后进行对ofs的写入即可。

//explicit ofstream (const char* filename, ios_base::openmode mode = ios_base::out);
  std::ofstream ofs("./diary2.txt",std::ios::app | std::ios::binary);
  //打开文件就要检查是否打开成功
  if(!ofs.is_open()){
    cout<<"file open error"<<endl;
    return 1;
  }
  //对文件进行追加写入
  string name = "李四";
  int age = 19;
  ofs << name <<" "<<age<<endl;
  //还可以调用ofs的write接口进行写入
  string message_temp = "Not Bad Everyday!~\n";
  for(int i = 0;i<3;++i)
  {
    ofs.write(message_temp.c_str(),message_temp.size());
  }                                                                                                                                         
  //即使我们不主动close，也会在析构的过程中自动关闭，但是我们提倡主动释放，减少资源占据
  ofs.close();

2.三个默认输入输出流

2.1 C语言中的三个

C程序，在加载到内存，成为一个进程的时候面，会默认打开三个输入输出流stdin，stdout，stderr。他们都是FILE*类型。这个FILE的本质是 C语言提供的，一个 结构体，可以通过这个结构体找到这个文件。

站在体系结构的角度理解， stdin对应的设备是键盘，stdout对应的硬件设备是显示器，stderr对应的硬件设备是显示器。它们的学名分别叫做 标准输入，标准输出，标准错误。

同时C++当中，也会默认有三个对象： cout，cin，cerr，也分别对应 标准输入，标准输出，标准错误，也分别对应键盘，显示器，显示器。

2.2从三个流的操作引入一切皆文件

2.2.1主体操作

刚刚我们接触的C语言的三个默认打开的文件流，stdin，stdout，stderr，都是FILE*类型，其实都是可以当做打开的文件FILE* f_stream直接去操作的。

//C语言会默认打开三个文件流stdin stdout stderr
  6   //我们可以直接使用这三个FILE* 文件流 
  7   const char* w_str = "hello fprintf stdout\n";
  8   fprintf(stdout,w_str,strlen(w_str));

我们看到fprintf stdout，就是往stdout这个文件，也就是显示器进行写入。效果是等同于这个printf的。

char buffer[128];  
memset(buffer,0,sizeof(buffer));
fscanf(stdin,"%s",buffer);
printf("We Read From stdin:\n%s\n",buffer);

我们看到fsacnf stdin，就是往stdin这个文件，也就是键盘进行写入。效果是等同于scanf的。

const char* w_str = "hello fprintf stderr\n";                    
fprintf(stderr,w_str,strlen(w_str));

我们看到fprintf stderr，就是往stderr这个文件，也就是显示器进行写入。

2.2.2标准输出和标准错误的小区别

我们 往stdout和stderr写入，本质都是往对应的显示器写入，他们对应的设备是一样的，使用写入接口如fprintf对这两个标准输出，标准输出，本质都是在显示器写入，那有什么小文件写入呢？

区别就在于 输出重定向的时候，只有我们往 标准输出sdtout写入的内容，才会被重定向，写入到目标文件当中，而向stderr标准错误写入的的内容是不会被重定向的，仍然被写入打印到了屏幕当中。

下面我们演示重定向操作：

2.2.3从文件操作体会一切皆文件

可是你是否有想过，这个 stdout，stdin，stderr，都是FILE*类型，也可以 被当做文件使用，可是他们 本质代表的是显示器，键盘这些硬件啊！难道这些 硬件都是一种文件file吗？
事实上， 在LinuxOS看来，这些都是文件！刚刚我们做的实验 ， fputs向 一般文件 或者 硬件设备 都能进行写入， 一般文件，都存储在磁盘上，所以其实这些 文件的本质也是硬件，也可以证明 硬件设备也是一种FILE。
在LinuxOS看来， 所有的 存储在磁盘上的 file，这些是我们通常认识的一般文件，事实上，我们可以继续扩展，所有的硬件也是文件！
======》得出一个结论： Linux下一切皆文件！！！

2.3从流文件操作看OS对底层的封装

OS是软件和硬件的管理者，任何外部势力要访问，都要经由OS。 所有的文件file，都是储存在磁盘当中的，或者说是磁盘的一部分，所以他们是硬件，所以我们刚刚的 写入/读取文件（硬件）的操作都是经由OS之手的。

OS不相信任何人，任何用户想要访问 只能通过OS对上提供的系统调用接口System Call，进行合法的访问。所以，我们 对文件（软件 / 硬件）写入，本质都是 通过System Call 即系统调用接口访问到的！

所以，我们可以大胆的得出一个结论：
几乎所有的语言，fopen fclose fread fwrite fgetsfputs fgetc fputc ， 等这些对文件（硬件）进行读写接口的实现，这个过程一定是 经由了System Call层， 故这些上层语言的接口一定使用OS提供的系统调用接口封装实现的！

我们接下来演示系统调用接口，当然这里演示的是文件的系统调用接口，因为这个离着OS更近，我们可以用语言（OS System Call层）进行讲解。
万变不离其宗，所有语言的文件调用接口，都是对（文件操作的）System Call系统调用接口的封装。
我们把底层学好了，上层怎么学都可以，上面我们是从OS对软件硬件的管理的角度理解的系统调用与上层语言之间的关系。

3.系统调用接口（文件操作）

3.1 open接口

3.1.1 open参数与返回值

open接口是Linux中的 系统调用接口，负责对文件的打开，第一个参数 pathname，传入的是 想要打开文件的路径+文件名；第二个参数 int flags是打开文件的标志，即我们是以什么方式打开这个文件（ 只读，只写，还是追加）；第三个参数是 mode_t mode，这个是打开 文件的权限设置。

open的返回值是int，这个 int其实就是文件描述符fd（file descriptor）。如果打开文件失败返回-1，并设置全局错误码。

pathname好理解，就是 路径+文件名。 int flags也可以直接 类比C语言fopen接口的打开方式"w"，"r"，“a”，但是这里传入的实际上 是一个int，但是我们 不直接传入int，而是通过 系统文件给我们提供的宏（如下图）进行传入。

int fd = open("./diary3.txt",O_WRONLY | O_CREAT,xxxxx);

举个上面代码片的例子， 第一个参数指定打开的路径+文件名，第二个参数是两个宏的或运算，这个就是我们传入的int。
从感性的角度理解， O_WRONLY是以只写方式打开这个文件，O_CREAT是创建这个文件，所以我们是以如果这个文件不存在我们就创建，然后以只写的方式打开。这个 O_WRONLY | O_CREAT其实就可以直接类比为C语言fopen的"w"打开方式！

从理性的角度理解，这两个宏可以进行或运算，成为一个int，说明 这些宏本身就是一个数，然后 这些宏或运算起来可以表征某种信息，open接口接收到这个整形信息，就知道你要以什么方式打开这个文件。现在有 6个bit位，比如第一个bit位代表米饭，第二个bit位代表馒头，第三个bit位代表牛肉，第四个bit位代表羊肉，第五个bit位代表可乐，第六个bit位代表雪碧，我传入的是 011001，然后open接口就知道你要吃的是 馒头+牛肉+雪碧。
这里的 每一个宏其实就代表了某一个特定bit位的数，在 open当中就看int的32个bit位的有无情况， 来设定你是在以什么方式在打开这个文件，如第一个bit标志位, 看看你是想创建这个文件 ， 第二个bit位的有代表你是想写入这文件。所以此时O_WRONLY是0b1，O_CREAT是0b10，O_WRONLY | O_CREAT就是0b0000 0011。
本质上 这些宏就是在代表不同的bit位。而且不同的宏代表不同的bit位。

我们的理解是这样的，我们紧接着看一下系统文件是怎么样的：

通过grep指令，我们看到 #define的这些宏，就是bit位样式的定义！这验证了我们的想法。

理解完第二个参数，我们理解 第三个参数，mode_t mode：任何一个文件，都有一个重要的属性，即 文件权限，尤其是你没有文件的时候，你创建一个文件，肯定要 设置这个文件的权限，所以这个mode其实就是传入对于 owner，group，other的权限设置。我们采用 八进制方案， 传入0644，本质就是rw-r--r--。

int fd = open("./diary3.txt",O_WRONLY | O_CREAT,0644);

不是你的生活充满阳光，总有人替你负重前行！！！（C语言封装都替你搞好了mode权限管理）同时根据我们之前的理论， C语言上的打开文件接口fopen都是封装的系统调用open，这个mode参数fopen都已经帮我们搞好了！
你在C语言的接口对 文件的权限(mode)都是漠不关心的，因为这些概念都是 和OS强相关的。C语言给你做封装， 你也就不用再关心权限这些细节了！

open系统调用接口的返回值int，是文件描述符，可以类比fopen的返回值FILE* fp，这个其实就是我们后续对特定文件进行写入读取的索引（如何知道 你是在对哪个文件进行写入，C语言用的是fopen打开文件的 返回值FILE* fp，系统调用这里用的是open打开文件的 返回值int fd）。

3.1.2 open的实践使用

我们open一个文件之后，不管怎么样， 一定要记得关闭一个这个文件，我们配套的系统调用关闭文件的接口是close(int fd)。

所以完整的打开一个文件的过程:

 //int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
 //int fd = open("./diary3.txt",O_WRONLY | O_CREAT);
 //这里的O_WRONLY,O_CREAT的本质都是代表一个bit为1的整形值，通过或出的值的方式，设计相应标志位
 //open接口就知道你是以什么方式打开的了
 //这里O_WRONLY代表写的方式打开接口，O_CREAT代表创建这个文件，这两个的组合就是C中的“w的意义
 //0644代表设置对于打开这个文件的权限管理模式设置（采用八进制表示法）
 int fd = open("./diary3.txt",O_WRONLY | O_CREAT,0644);
 //检查是否打开成功(依托的是返回值)
 if(fd<0){
   printf("file open error\n");
   return 1;
 }
 
 //关闭文件
 close(1);\

3.2 write接口

系统调用write，它的作用就是 对特定文件进行写入操作， int fd表征你在具体往哪个文件写，buf表示的是你要写入的内容缓冲区，size_t count是你期待写入的字节数。返回值ssize_t是你实际向文件写入的字节数目，如果写入失败返回-1。（你想写入的字节数，不一定都写入，万一你的传的count过大了，那写入的数目就是错的，真正的写入的字节数还是看write的返回值）

直接结合open上写入文件的操作：

  //1.打开/创建文件
  int fd = open("./diary3.txt",O_CREAT | O_WRONLY);
  //检查是否打开成功
  if(fd<0){
    perror("open");
    return 1;
  }
  //2.对文件进行写入
  char buffer[128] = "Never ever ever ever give up\n";
  //系统调用接口write:
  //第三个参数是你期待写入的字节数,返回值是实际上写入成功的字节数
  //我们写入字符串不写入\0，因为这是仅仅只是C语言层面对字符串的标记而已
  ssize_t w_size = write(fd,buffer,strlen(buffer));
  //检查写入
  if(w_size<0){
    perror("write");
    return 2;
  }
  printf("We Write File Success:%s",buffer);
  //关闭文件
  close(fd);

3.3 read接口

系统调用read，它的作用就是 对特定文件进行读取操作， int fd表征你在具体往哪个文件读，buf表示的是你要接收读取内容的缓冲区，size_t count是你期待读取的字节数量。返回值ssize_t是你实际向文件读取到的字节数目，如果读取失败返回-1。（你想读取到的字节数，不一定能读取这么多，万一你的传的count过大了，那实际读取的数目就是错的，真正的读取到的字节数还是看read的返回值）

write要注意的是不要写入字符串最后的\0这个字节， read要注意的是，你在读取的时候，要 注意给buffer预留一个字节，自己主动填写\0，所以我们 期待读取的count字节数，不要写成sizeof(buffer)，而是要写sizeof(buffer)-1。

  //1.打开/创建文件
  int fd = open("./diary3.txt",O_RDONLY);
  //检查是否打开成功
  if(fd<0){                                           
    perror("open");   
    return 1;                                                    
  }                                                                  
  //2.对文件进行读取                                             
  char buffer[128] ;
  memset(buffer,0,sizeof(buffer));
  //系统调用接口read:
  //第三个参数是你期待读到的字节数,返回值是实际上读取成功的字节数
  ssize_t r_size = read(fd,buffer,sizeof(buffer)-1);
  //检查写入 
  if(r_size<0){
    perror("read");                        
    return 2;                                                                                                              
  }         
  //[0,r_size-1]是读取到的字节数据
  buffer[r_size] = '\0';
  printf("We Read File Success:%s\n",buffer);
  //关闭文件
  close(fd);

3.4 write追加

//1.打开/创建文件
  //ERROR:int fd = open("./diary3.txt",O_APPEND); 要追加首先要有WR写权限
  int fd = open("./diary3.txt",O_WRONLY | O_APPEND);

我们只要在打开open这个文件的时候，在O_WRONLY的基础上，再或上一个O_APPEND标志即可。然后就用相应的write写入系统调用，就是在文件尾进行写入，即追加。