Linux系统编程 - 基础IO(IO操作)

news2024/9/23 11:25:09

目录

预备知识

复习C文件IO相关操作

printf相关函数

fprintf

snprintf

读取文件

系统文件IO操作

open函数

umask()函数

open函数返回值

预备知识

1.你真的理解文件原理和操作了吗？ 不是语言问题，是系统问题
2.是不是只有C/C++有文件操作呢？ 不是，Java，python，go都有，他们的文件操作方法是不一样的？如何处理这种现象呢？ 有没有一种统一的视角，看待所有的语言文件从操作呢？
3.操作文件的时候，第一件事情，就是打开文件，打开文件时做什么呢？如何理解呢？
4. 文件 = 内容 + 属性 -> 针对文件的操作，对内容的操作，对属性的操作
5.当文件没有被操作的时候，文件一般会 在什么位置？ 磁盘！
6.当我们对文件进行操作的时候， 文件需要在哪里？ 内存，为什么呢？ 因为 CPU和内存交互
7.当我们对文件进行操作的时候，文件需要提前被load到内存，load是 内容还是属性？ 属性，因为一个文件至少得有属性
8.当我们对文件进行操作的时候，文件需要提前被load到内存，是不是只有你一个人在load呢？不是， 内存中一定存在大量的不同文件的属性
9.所以综上， 打开文件本质就是将需要的文件属性加载到内存中，OS内部一定会同时存在大量的被打开的文件，那么操作系统要不要管理这些被打开的文件呢？ 要， OS需要先描述，在组织。
先描述，构建在内存中的文件结构体struct file{struct file* next}，就可以从磁盘来，被打开的文件
a.每一个被打开的文件，都要在OS内对应文件对象的struct结构体，可以将所有的struct file结构体用某种数据结构链接起来--，在OS内部，对被打开的文件进行管理，就被转换成为了对链表的增删查改。
结论：文件被打开，OS要为被打开的文件，创建对应的内核数据结构
struct file
{
//各种属性
//各种链接关系
}
10.文件其实可以被分开两大类： 磁盘文件，被打开的文件( 内存文件)
11.文件被打开，是谁打开呢？OS,但是是谁让OS打开的呢？用户(进程为代表的)
12.我们之前的所有的文件操作，都是进程和被打开文件的关系
13.都是进程和被打开文件的关系： struct stak_struct和 struct file

复习C文件IO相关操作

下面是用C语言实现对文件log.txt进行操作：

#include <stdio.h>
#define LOG "log.txt"
 
int main()
{
    // w:默认写方式打开文件，如果文件不存在，就创建它
    // 默认如果只是打开，文件内容会自动被清空
    // 同时，每次进行写入的时候，都会从最开始进行写入
    FILE *fp = fopen(LOG, "w");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen fail");
        return 1;
    }
    // 正常进行文件操作
    const char *msg = "hello linux\n";
    int cnt = 5;
    while (cnt)
    {
        fputs(msg, fp);
        cnt--;
    }
    fclose(fp); // 关闭文件
    return 0;
}

成功创建了log.txt文件，打开文件

printf相关函数

printf 默认是向显示器读取

int main()
{
    // w:默认写方式打开文件，如果文件不存在，就创建它
    // 1. 默认如果只是打开，文件内容会自动被清空
    // 2. 同时，每次进行写入的时候，都会从最开始进行写入
    FILE *fp = fopen(LOG, "w");
    if (fp == NULL)
    {
        perror("fopen fail");
        return 1;
    }
    // 正常进行文件操作
    const char *msg = "hello linux";
    int cnt = 5;
    while (cnt)
    {
        fprintf(fp, "%s:%d:phw\n", msg, cnt);
        cnt--;
    }
    fclose(fp); // 关闭文件
    return 0;
}

fprintf

fprintf(stdout, "%s:%d:phw\n", msg, cnt); // Linux一切皆文件，stdout也对应一个文件，显示器文件

snprintf

写入到buffer缓冲里

下面测试一下将msg改成phw

这里得出结论, “w"为覆盖式写入

追加式写入"a"选项

读取文件

系统文件IO操作

open函数

pathname: 要打开或创建的目标文件

flags: 打开文件时，可以传入多个参数选项，用下面的一个或者多个常量进行“或”运算，构成flags。
参数:
 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_APPEND: 追加写

 O_TRUNC:清空文件内容
返回值：
 成功：新打开的文件描述符
 失败：-1

下面是标志位的举例程序：

#define ONE 0x1
#define TWO 0x2
#define THREE 0x4
#define FOUR 0X8
#define FIVE 0X10
 
void Print(int flags)
{
    if (flags & ONE)
        printf("hello 1\n");
    if (flags & TWO)
        printf("hello 2\n");
    if (flags & THREE)
        printf("hello 3\n");
    if (flags & FOUR)
        printf("hello 4\n");
    if (flags & FIVE)
        printf("hello 5\n");
}
 
int main()
{
    printf("-------------------\n");
    printf(ONE);
    printf("-------------------\n");
    printf(TWO);
    printf("-------------------\n");
    printf(FOUR);
    printf("-------------------\n");
    printf(ONE | TWO);
    printf("-------------------\n");
    printf(ONE|TWO|THREE);
    printf("-------------------\n");
    printf(ONE|TWO|THREE|FOUR|FIVE);
    printf("-------------------\n");
    return 0;
}

 

open函数测试：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#define LOG "log2/txt"

// 系统方案
int main()
{
    int fd = open(LOG, O_WRONLY);

    printf("fd:%d\n", fd);
    return 0;
}

文件不存在

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#define LOG "log2/txt"

// 系统方案
int main()
{
    int fd = open(LOG, O_WRONLY |O_CREAT);

    if (fd == -1)
    {
        printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n", fd, errno, strerror(errno));
    }
    else
    {
        printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n", fd, errno, strerror(errno));
    }
    close(fd);
    return 0;
}

我们在使用open函数的时候不仅要O_WRONLY (写)还要创建O_CREAT

但是这种方式创建的文件，是没有权限的。

其中参数mode就是权限

因为umask默认权限的原因

umask()函数

umask() 函数的参数为一个八进制数，它的每一位分别表示对应的文件权限是否会被屏蔽掉，例如，umask(022) 表示屏蔽掉写入权限和执行权限。

umask(0)这意味着没有任何权限被屏蔽掉。

 将mask初始化为0

 

 成功将文件的权限设置成自己想要的

wirte()函数

 

 这里的strlen不需要+1，\0是C语言的规定，不是文件的规定，\0会被解释成乱码

O_WRONLY | O_CREAT 默认不会对原始文件内容做清空，需要加上O_TRUNC

 O_APPEND | O_CREAT 不会追加写，需要加上O_WRONLY

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#define LOG "log.txt"

// 系统方案
int main()
{
    umask(0);
    int fd = open(LOG, O_RDONLY, 0666);
    if (fd == -1)
    {
        printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n", fd, errno, strerror(errno));
    }
    else
    {
        printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n", fd, errno, strerror(errno));
    }

    char buffer[1024];
    // 这里无法做到按行读取，我们是整体读取的
    ssize_t n = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1); //使用系统接口来进行IO的时候，一定要注意\0的问题
    if (n > 0)
    {
        buffer[n] = '\0';
        printf("%s\n", buffer);
    }
    close(fd);
    return 0;
}

 

open函数返回值

在认识返回值之前，先来认识一下两个概念: 系统调用和库函数

上面的 fopen fclose fread fwrite 都是C标准库当中的函数，我们称之为库函数（libc）。

而， open close read write lseek 都属于系统提供的接口，称之为系统调用接口

回忆一下我们讲操作系统概念时，画的一张图  

 系统调用接口和库函数的关系，一目了然。 所以，可以认为，f系列的函数，都是对系统调用的封装，方便二次开发。

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