【Linux】基础IO——系统文件IO

avatar
作者
猴君
阅读量:0

我之前是讲过c语言的文件操作的,但是说实话我压根就不知道它在干什么,后面c语言/c++,数据结构的学习过程中也没用过文件操作,今天我们就来会会这个文件操作 

1.回顾c语言文件接口

1.1.fopen

  1. r :只读模式打开,文件流指针指向文件的起始位置
  2. r+:可读可写方式打开,文件流指针指向文件的起始位置
  3. w:只写模式打开,被打开文件若存在,则截断文件(清空文件内容),若不存在,创建该文件
  4. w+:可读可写模式打开,,被打开文件若存在,则截断文件(清空文件内容),若不存在,创建该文件
  5. a:追加写。若文件存在,文件流指针指向文件的末尾进行写。若不存在,创建文件
  6. a+:可以读也可以 追加写。文件存在,读的位置被初始化到文件头,追加写的时候依旧是在文件末尾追加 ,文件不存在,创建该文件

我们来实验一下

1.1.1.r选项

#include <stdio.h> int main() { 	FILE* fp = fopen("log.txt", "r"); 	if (fp == NULL){ 		perror("fopen"); 		return 1; 	} 	char buffer[64]; 	for (int i = 0; i < 5; i++){ 		fgets(buffer, sizeof(buffer), fp);//读取 		printf("%s", buffer); 	} 	fclose(fp); 	return 0; } 

 我们发现只是单纯的读取而已

1.1.2.w选项

#include <stdio.h> int main() { 	FILE* fp = fopen("log.txt", "w"); 	if (fp == NULL){ 		perror("fopen"); 		return 1; 	} 	int count = 5; 	while (count){ 		fputs("hello world\n", fp);//向文件中写入 		count--; 	} 	fclose(fp); 	return 0; }  

运行后,当前路径下会生成log.txt文件,并会写入内容。 

当我们以“w”的方式打开文件代表写入,此时他会清空文件,再帮我们写入。 

1.1.3.其他

当我们把选项换成“a”,这就代表append追加,这就不会清空文件。 

再命令行中的“>”符号,这叫做输出重定向。 

可以看到之前的内容就没有了,变成了重定向的内容,他也是类似于“w”的方式。

再来看一下“r”选项打开文件,可以读取文件中的数据到缓冲区中,并输出到屏幕上。

int main() {     FILE* fp = fopen("log.txt", "r");     if (fp == NULL)     {         perror("fopen");         return 1;     }     // 文件操作       char line[64];// 缓冲区     // fgets是C语言的接口,按行读取,自动在字符结尾添加\0     while (fgets(line, sizeof(line), fp) != NULL)     {         fprintf(stdout, "%s", line);     }       fclose(fp);       return 0; }

加入命令行参数后就变成了类似cat命令的操作,也可以给简易的shell添加上这个功能。

int main(int argc, char* argv[]) {     if (argc != 2)     {         printf("请输入两个参数:程序+文件名\n");         exit(1);     }     FILE* fp = fopen(argv[1], "r");     if (fp == NULL)     {         perror("fopen");         return 1;     }     // 文件操作       char line[64];// 缓冲区     // fgets是C语言的接口,按行读取,自动在字符结尾添加\0     while (fgets(line, sizeof(line), fp) != NULL)     {         fprintf(stdout, "%s", line);     }       fclose(fp);       return 0; }

 

2.默认打开的三个流(stdin,stdout,stderr)

Linux下一切皆文件,显示器和键盘也可以看作文件。

        我们能看到显示器上的数据,是因为我们向显示器写入了数据,电脑能获取我们键盘上的字符,是电脑从“键盘文件” 读取了数据。

        为什么我们向“显示器文件”写入数据以及从“键盘文件”读取数据前,不需要进行打开“显示器文件”和“键盘文件”的相应操作?

        需要注意的是,打开文件一定是进程运行的时候打开的,而任何进程在运行的时候都会默认打开三个输入输出流,即标准输入流、标准输出流以及标准错误流,对应到C语言当中就是stdin、stdout以及stderr。
        其中,标准输入流对应的设备就是键盘,标准输出流和标准错误流对应的设备都是显示器。

查看man手册我们就可以发现,stdin、stdout以及stderr这三个家伙实际上都是FILE*类型的。

stdin默认为键盘,stdout和stderr默认为显示器,这些都是硬件,但在Linux下,一切皆文件,所以这三个的类型都是FILE*,这是个指针,FILE其实是C标准库提供的结构体 

        当我们的程序被运行起来时,操作系统就会默认使用C语言的相关接口将这三个输入输出流打开。

        注意: 不止是C语言当中有标准输入流、标准输出流和标准错误流,C++当中也有对应的cin、cout和cerr,其他所有语言当中都有类似的概念。实际上这种特性并不是某种语言所特有的,而是由操作系统所支持的。

3.系统文件IO

        通过之前的学习,这些文件操作最终都是访问硬件(显示器、键盘、磁盘)众所周知,OS是硬件的管理者。所有语言上对“文件”的操作,都必须贯穿操作系统。然而OS不相信任何人,访问操作系统,就必须要通过系统接口!!

open/fclose,fread/fwrite,fputs/fgets,fgets/fputs 等库函数一定需要使用OS提供的系统调用接口,接下来我们就来学习文件的系统调用接口,才能做到万变不离其宗!!

我们在Linux平台下运行C代码时,C库函数就是对Linux系统调用接口进行的封装,在Windows平台下运行C代码时,C库函数就是对Windows系统调用接口进行的封装,这样做使得语言有了跨平台性,也方便进行二次开发。

 3.1.open

3.1.1.参数pathname

open的第一个参数:pathname

open的第一个参数表示打开或者创建目标文件。

在这里要注意的是:

  • 1.如果以路径的形式给出那么当需要创建文件的时候,会在你提供的这个路径下创建。
  • 2.如果只给了文件名,那么会在当前路径下创建(当前路径上面以及提过注意他的含义)。

3.1.2.参数flags 

open的第二个参数:flags

open的第二个参数表示文件打开的方式。常用选项有如下几种:

  • O_RDONLY:只读打开
  • O_WRONLY:只写打开
  • O_RDWR:读,写打开 

上面三个常量,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

我们在打开文件时可以使用多个选项中间以|隔开。

        举个例子:若想以只写的方式打开文件,但当目标文件不存在时自动创建文件,则第二个参数设置如下:

O_WRONLY|O_CREAT

那flags到底是个什么呢?

        其实它就是一个整数,一个整数有32个比特位,将每一个比特位做为某一个选项,在对应的函数内看哪一位是否有数字,来判断我们是否传入了这个选项,理论上flags可以传递32种不同的标志位。

大多数实现都把O_RDONLY定义为0,把O_WRONLY定义为1,把O_RDWR定义为2

按照上面的说法就是意味着O_WRONLY对应的是32个比特位中只有最低位是1,到底是不是这样?

        下面我们使用vim打开/usr/include/asm-generic/fcntl.h这个目录下的文件看一看:

有人就有疑问了,这怎么还出现2,3了啊?说好的二进制呢??

但事实上这个写法是十六进制,2^{4}=16,4位二进制表示一个16,刚好32位二进制就能换成8位十六进制了

事实确实如此

这些宏定义选项的共同点就是,它们的二进制序列当中有且只有一个比特位是1(O_RDONLY选项的二进制序列为全0,表示O_RDONLY选项为默认选项)且为1的比特位是各不相同的,这样一来,在open函数内部就可以通过使用“与”运算来判断是否设置了某一选项。

 

       而在open函数中使用特定的数字进行判断然后只写具体的功能。

那第二个参数flags(int)是怎么实现模式的叠加的?为什么要把模式|在一起呢?

 这是一种用户层给内核传递标志位的常用做法。
        int有32个比特位,不重复的一个bit,就可以表示不同状态,就可以传递多个标志位且位运算效率较高。

 下面用一段代码演示一下。

// 用int中不同的bit位就可以标识一种值 #define ONE 0x1   // 0000 0001 #define TWO 0x2   // 0000 0010 #define THREE 0x4 // 0000 0100   void Print(int flags) {     if (flags & ONE)         printf("one\n");     if (flags & TWO)         printf("two\n");     if (flags & THREE)         printf("three\n"); }   int main() {     Print(ONE | TWO); // 0001 | 0010 -> 0011     printf("--------------\n");     Print(ONE | TWO | THREE); // 0001 | 0010 | 0100 -> 0111     return 0; }

相信看到这里,你也就明白了为什么模式可以通过|来叠加的?

3.1.3.参数mode

(注意当不创建文件时,第三个参数可以不用填)

open的第三个参数:第三个参数为设置创建文件的权限。

在linux中文件是有权限的,当以只写方式打开文件,文件如果不存在需要创建但是创建时我们需要设置文件的权限。

3.1.4.返回值 

open的返回值是指我们打开文件的这个文件描述符,打开失败返回-1。  

下面我们通过一段代码进行演示:

#include <stdio.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> #include <fcntl.h> int main() { 	umask(0); 	int fd1 = open("log1.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666); 	int fd2 = open("log2.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666); 	int fd3 = open("log3.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666); 	int fd4 = open("log4.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666); 	int fd5 = open("log5.txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0666); 	printf("fd1:%d\n", fd1); 	printf("fd2:%d\n", fd2); 	printf("fd3:%d\n", fd3); 	printf("fd4:%d\n", fd4); 	printf("fd5:%d\n", fd5); 	return 0; }  

        我们可以发现,文件的文件描述符是从3后面递增的。

        实际上这里所谓的文件描述符本质上是一个指针数组的下标,指针数组当中的每一个指针都指向一个被打开文件的文件信息通过对应文件的文件描述符就可以找到对应的文件信息。

        当使用open函数打开文件成功时数组当中的指针个数增加,然后将该指针在数组当中的下标进行返回,而当文件打开失败时直接返回-1,因此,成功打开多个文件时所获得的文件描述符就是连续且递增的。

        而Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的文件描述符,分别就是标准输入0、标准输出1、标准错误2,这就是为什么成功打开文件时所得到的文件描述符是从3开始进程分配的。

3.1.5.使用示例

#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h>   #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h>   int main() {     int fd = open("log.txt", O_WRONLY);//以只读方式打开文件     if (fd < 0)     {         perror("open");         exit(1);     }          // 打开成功    printf("fd: %d\n", fd);        return 0; }

 

我们发现,没有log.txt的情况下,只读模式情况下打印了这个

我们换换只写模式

 

还是不会自己创建啊,看来这个写和c语言的w模式还是有点区别的

我们往上看第二个参数,发现创建文件还是要加上一个选项的

我们修改一下代码

       

通过这次实验,完美发现c语言的那些r,w等模式不就是open的这些模式的混合版本嘛!!

事实上确实是这样,不只是c语言,包括c++,python等都是如此

   这次是创建成功了,但是它的权限好奇怪啊

        我们不要忘了open它有第三个参数mode,这就是创建文件的访问权限,想要给他的权限设置为0666,就要把它传入,当然也要注意umask,系统的默认umask是0002,所以还要在一开始设置当前进程的umask,如何设置也可以用接口。

 

这个权限非常完美了吧!!!

3.2.creat

这个函数是用来创建一个新文件的

#include<fcntl.h> int creat(const char*path,mode_t mode);

注意: 这个函数和下面这个等效

open (path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

在早期的UNIX系统版本中,open的第二个参数只能是0、1或2。无法打开一个尚未存在的文件,因此需要另一个系统调用creat以创建新文件。现在,open函数提供了选项O_CREAF和OTRUNC,于是也就不再需要单独的creat 函数。

creat的一个不足之处是它以只写方式打开所创建的文件。

在提供open的新版本之前,如果要创建一个临时文件,并要先写该文件,然后又读该文件,则必须先调用creat、close,然后再调用open。

现在则可用下列方式调用open实现:

open (path, O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

3.2.close

这个函数是用来关闭一个打开文件

     使用close函数时传入需要关闭文件的文件描述符即可,若关闭文件成功则返回0,若关闭文件失败则返回-1。

 3.3.write

系统接口中使用write函数向文件写入信息,write函数的函数原型如下:

write函数,将buf位置开始向后count字节的数据写入文件描述符为fd的文件当中。

写入成功返回写入数据的字节个数,失败返回-1.

 我们来使用一下

又一次写入时,我们发现:

O_TRUNC: 打开文件的时候直接清空文件

O_TRUNC:
    如果文件已经存在并且是一个常规文件,并且开放模式允许写入(即是0_RDNRor O_MwRONLY),那么它将被截断为长度为0(也就是清空文件)

 这样就可以变成C语言中fopen的w选项。

这样a选项也就好说了,选项变成O_APPEND就行了。 

O_APPEND: 追加文件

int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);

注意注意:写入文件的过程中,不需要写入\0

        因为\0是C语言层面上规定字符串的结束标志,而写入文件关心的是字符串的内容,文件和语言不要搞混了 

3.4.read

  • 第一个参数是文件对应的文件描述符
  • 第二个参数是读取的内容放到这里
  • 第三个参数读取几个字节,返回值为实际读取的字节数读取失败返回-1. 

读文件的前提:文件已经存在,不涉及创建及权限的问题,那么用两个参数的open打开文件即可 

未完待续…… 

广告一刻

为您即时展示最新活动产品广告消息,让您随时掌握产品活动新动态!