系统IO函数

为了给设备和磁盘文件提供一个更高层更有效的接口，Linux提供了一系列的标准函数库。下图介绍了C语言文件IO函数、Linux系统IO函数。

前言

• C语言文件IO函数
  • C语言文件IO函数 带有缓冲区
  • C语言的文件IO函数 会调用 系统IO函数（Linux环境下）
• Linux系统IO函数
  • 系统函数并不是内核函数，系统函数会向下调用 内核函数
  • 系统IO函数 不带有缓冲区，而是用户自己指定缓冲区大小

C库函数

• 打开文件
  • 函数：FILE *fopen(char *filename, char *mode);
• 读取文件内容
  • 单个字符读取
    • 函数：int fgetc (FILE *fp);
  • 字符串（按行）读取
    • 函数：char *fgets ( char *str, int n, FILE *fp );
  • 数据块的形式读取
    • 函数：size_t fread ( void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *fp );
  • 格式化读取
    • 函数：int fscanf ( FILE *fp, char * format, ... );
  • 随机读取
    • 需要移动文件指针的位置，来达到你想要的位置，然后进行读操作
• 将内容写入文件
  • 单个字符写入
    • 函数：int fputc ( int ch, FILE *fp );
  • 字符串（按行）写入
    • 函数：int fputs( char *str, FILE *fp );
  • 数据块的形式写入
    • 函数：size_t fwrite ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE *fp );
  • 格式化写入
    • 函数：int fprintf ( FILE *fp, char * format, ... );
  • 随机写入
    • 需要移动文件指针的位置，来达到你想要的位置，然后进行写操作
• 关闭文件
  • 函数：int fclose(FILE *fp);
• demo3：C语言获取文件长度
• demo2：C语言插入、删除、更改文件内容
• demo1：实现文件复制
  • 思路：将源文件打开，读取源文件内容，然后写入目标文件内容

c++ 文件IO

• 输入输出流
• 文件操作

Linux系统IO函数

• 打开磁盘文件
  • 函数：open函数
    • 注意：1. open是一个系统函数, 只能在linux系统中使用, windows不支持2. fopen 是标准c库函数, 一般都可以跨平台使用, 可以这样理解: - 在linux中 fopen底层封装了Linux的系统API open - 在window中, fopen底层封装的是 window 的 api
    • 函数原型：int open(const char *pathname, int flags);int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);头文件：#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>
      • pathname：文件的相对或绝对路径
      • flags：打开方式
        • 必选项
          • O_RDONLY 只读打开
          • O_WRONLY 只写打开
          • O_RDWR 可读可写打开
          • 互斥
        • 可选项
          • O_APPEND 表示追加。
            • 如果文件已有内容，这次打开文件所写的数据附加到文件的末尾而不覆盖原来的内容。
          • O_CREAT 若此文件不存在则创建它。
            • 使用此选项时需要提供第三个参数mode，表示该文件的访问权限。
            • 文件权限由open的mode参数和当前进程的umask掩码共同决定
              • 0777 & (~0002) = 0775 111111111 111111101& 111111101
          • O_EXCL 如果同时指定了O_CREAT，并且文件已存在，则出错返回。
          • O_TRUNC 如果文件已存在，则将其长度截断（Truncate）为0字节。
          • O_NONBLOCK 设置文件为非阻塞状态
        • 头文件：fcntl.h
    • 常见错误
      • 1. 打开文件不存在
      • 2. 以写方式打开只读文件(打开文件没有对应权限)
      • 3. 以只写方式打开目录
• 对文件操作1：读取文件内容
  • 函数：read函数
    • ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);头文件：#include <unistd.h>
    • 参数：- fd: 文件描述符, open() 函数的返回值, 通过这个参数定位打开的磁盘文件- buf: 是一个传出参数, 指向一块有效的内存, 用于存储从文件中读出的数据 --传出参数: 类似于返回值, 将变量地址传递给函数, 函数调用完毕, 地址中就有数据了- count: buf指针指向的内存的大小, 指定可以存储的最大字节数
    • 返回值：- 大于0: 从文件中读出的字节数，读文件成功- 等于0: 代表文件读完了，读文件成功- -1: 读文件失败了
• 对文件操作2：将内容写入文件中
  • 函数：write函数
    • ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);头文件：#include <unistd.h>
    • 参数：- fd: 文件描述符, open() 函数的返回值, 通过这个参数定位打开的磁盘文件- buf: 指向一块有效的内存地址, 里边有要写入到磁盘文件中的数据 - count: 要往磁盘文件中写入的字节数, 一般情况下就是buf字符串的长度, strlen(buf)
    • 返回值：- 大于0: 成功写入到磁盘文件中的字节数- -1: 写文件失败了
• 对文件操作3：移动文件指针（对文件拓展）
  • 函数：lseek函数
    • off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);头文件：#include <sys/types.h>#include <unistd.h>
    • 参数：
      • int fd --> 文件描述符
      • off_t offset --> 偏移量
      • int whence --> 偏移位置
        • SEEK_SET - 从文件头向后偏移
        • SEEK_CUR - 从当前位置向后偏移
        • SEEK_END - 从文件尾部向后偏移
    • 返回值：- 成功: 文件指针从头部开始计算总的偏移量- 失败: -1
    • demo
      • 1 文件指针移动到文件头部
        • lseek(fd, 0, SEEK_SET);
      • 2 得到当前文件指针的位置
        • lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
      • 3 得到文件总大小
        • lseek(fd, 0, SEEK_END);
      • 4 文件拓展
        • 应用场景：假设使用一个下载软件进行一个大文件下载，但是磁盘很紧张，如果不能马上将文件下载到本地，磁盘空间就可能被其他文件占用了，导致下载软件下载的文件无处存放。那么这个文件怎么解决呢？我们可以在开始下载的时候先进行文件拓展，将一些字符写入到目标文件中，让拓展的文件和即将被下载的文件一样大，这样磁盘空间就被成功抢到手，软件就可以慢悠悠的下载对应的文件了。
        • 实现：
          • 使用 lseek 函数进行文件拓展必须要满足一下条件：1. 文件指针必须要偏移到文件尾部之后， 多出来的就需要被填充的部分。2. 文件拓展之后，必须要使用 write()函数进行一次写操作（写什么都可以，没有字节数要求）。
          • 代码：// lseek.c// 拓展文件大小#include <stdio.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>int main(){ int fd = open("hello.txt", O_RDWR); if(fd == -1) { perror("open"); return -1; } // 文件拓展, 一共增加了 1001 个字节 lseek(fd, 1000, SEEK_END); write(fd, " ", 1); close(fd); return 0;}
• 对文件操作4：对文件拓展 | 文件截断
  • 函数：truncate/ftruncate函数
    • int truncate(const char *path, off_t length);int ftruncate(int fd, off_t length);头文件：#include <unistd.h>#include <sys/types.h>
    • 两个函数的区别：truncate() 和 ftruncate() 两个函数的区别在于一个使用文件名一个使用文件描述符操作文件, 功能相同。不管是使用这两个函数还是使用 lseek() 函数拓展文件，文件尾部填充的字符都是 0。
    • 参数：- path: 要拓展/截断的文件的文件名；- fd: 文件描述符, open() 得到的；- length: 文件的最终大小 - 文件原来size > length，文件被截断, 尾部多余的部分被删除, 文件最终长度为length - 文件原来size < length，文件被拓展, 文件最终长度为length
    • 返回值: 成功返回0; 失败返回值-1
• 关闭磁盘文件
  • 函数：close函数
    • int close(int fd);头文件：#include <unistd.h>
    • 描述：1. 参数：d 是文件描述符, 是open() 函数的返回值2. 返回值：函数调用成功返回值 0, 调用失败返回 -1
• 需知：在Linux系统中必须要使用系统提供的IO函数才能基于这些文件描述符完成对相关文件的读写操作。这些Linux系统IO函数和标准C库的IO函数使用方法类似，函数名称也类似，下边开始一一介绍。

系统函数的返回值处理

• 说明：在查看Linux系统函数的时候, 我们可以发现一个规律: 大部分系统函数的返回值都是整形，并且通过这个返回值来描述系统函数的状态（调用是否成功了）。在man 文档中关于系统函数的返回值大部分时候都是这样描述的：
• errno
  • 头文件：这个错误号存储在系统的两个头文件中：/usr/include/asm-generic/errno-base.h/usr/include/asm-generic/errno.h
  • 得到错误号，去查询对应的头文件
    • 第 1 - 34 个错误定义：/usr/include/asm-generic/errno-base.h
      • errno-base.h 错误定义的一部分
    • 第 35 - 133 个错误定义：/usr/include/asm-generic/errno.h
• perror
  • 得到错误号，去查询对应的头文件是非常不方便的，我们可以通过 perror 函数将错误号对应的描述信息打印出来
  • #include <stdio.h>// 参数, 自己指定这个字符串的值就可以, 指定什么就会原样输出, 除此之外还会输出错误号对应的描述信息void perror(const char *s);
    • 用来将上一个函数发生错误的原因输出到标准设备(stderr)
    • 用来将上一个函数发生错误的原因输出到标准设备(stderr)