Linux操作系统之文件IO
初始文件
文件的宏观理解：文件是在硬盘上存储的，对文件的所有操作，都是对外设的输入输出，简称IO
即使磁盘上有空文件，但是他依然占用我们的磁盘空间，因为文件=内容+属性（元数据），这里只是说的内容的大小和占用空间，而文件的属性也是占用空间的，所以一个空文件依旧占用磁盘空间，所以我们所学的文件操作，本质上不是对属性的操作就是对内容的操作
代码变成进程的过程：文件操作代码->.exe文件->加载到内存中->进程
对文件的操作，本质都是进程对文件的操作，C语言提供的库函数是在用户层，不能直接访问硬件，库函数是去调用系统调用接口去访问硬件的
复习C语言文件IO操作
1、先见一下，如何使用C语言系统调用去创建文件
#include <stdio.h> #include <string.h> int main() { FILE* fp = fopen("log.txt", "w"); // 打开log.txt文件，不存在就创建 if (fp == NULL) { perror("fopen"); // perror函数会自动根据错误码报告错误 return 1; } fclose(fp); return 0; }可以看到输入上面的代码，“w”就是读写，要是文件不存在就创建一个
2、如何在文件里面写数据
#include <stdio.h> #include <string.h> int main() { FILE* fp = fopen("log.txt", "a"); if (fp == NULL) { perror("fopen"); // perror函数会自动根据错误码报告错误 return 1; } int cnt=5; while(cnt) { fprintf(fp,"%s:%d\n","hellow,frank",cnt--); } fclose(fp); return 0; }可以看到“a”就是追加，在里面编写数据，可以看到我在里面写了5个数据，最后五个
3、如何去读取文件的数据呢？
#include <stdio.h> #include <string.h> int main() { FILE* fp = fopen("log.txt", "r"); if (fp == NULL) { perror("fopen"); // perror函数会自动根据错误码报告错误 return 1; } // // int cnt=5; // while(cnt) // { // fprintf(fp,"%s:%d\n","hellow,frank",cnt--); // } char a[64]; while(fgets(a,sizeof(a)-1,fp)!=NULL) { a[strlen(a)-1]=0; puts(a); } fclose(fp); return 0; }r就是读写，要是不存在了话就出错
系统调用的IO操作
1、open打开文件
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
O_RDONLY: 只读打开
O_WRONLY: 只写打开
O_RDWR : 读，写打开
（以上三个常量，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：如果文件已存在且成功打开，则将文件长度截断至0（清空文件再写入，如果不带 O_TRUNC选项，文件将被打开但不会自动被截断。这意味着，如果文件已经存在，它的内容不会被清空，文件指针会放在文件的开始位置，接下来的写操作会从文件的开始处覆盖现有数据。）
mode：权限位，要考虑umask权限掩码的存在
返回值：打开成功返回文件描述符，打开失败返回-1
2、close关闭文件
int close(int fd);
fd：文件描述符
返回值：关闭成功返回0，关闭失败返回-1并可以设置全局变量errno指示错误原因
3、write写入文件
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
fd：文件描述符
buf：要写入数据的缓冲区指针
count：写入数据的字节数
返回值：ssize_t是有符号整型数，写入成功返回写入字节数，写入失败返回-1并可以设置全局变量errno指示错误原因
4、read读取文件
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
fd：文件描述符
buf：指向缓冲区的指针，用于存储从文件中读取的数据
count：要读取的最大字节数
返回值：读取成功返回读取到的字节数，若读取到文件末尾返回0，读取失败返回-1并可以设置全局变量errno指示错误原因
代码演示：
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <string.h> int main() { int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666); // 只写方式打开log.txt文件，不存在就创建，并设置文件权限为0666 if (fd < -1) { // 打开文件失败 perror("open"); return 1; } const char* a = "hello frank\n"; write(fd, a, strlen(a)); // 写入文件 close(fd); // 关闭文件 return 0; }#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <string.h> int main() { int fd = open("log.txt", O_RDONLY); // 只读方式打开文件 if (fd 《= -1) { // 打开失败 perror("open"); return 1; } char a[1024]; // 用于存储从文件中读取数据的缓冲区 ssize_t read_bytes = read(fd, a, sizeof(a) - 1); if (read_bytes == -1) { // 读取失败 perror("read"); close(fd); return 1; } a[read_bytes] = '\0'; // 确保读取的数据以空字符结尾 printf("Read from file: %s\n", a); close(fd); return 0; }文件描述符
当进程打开文件时，操作系统要在内存中创建内核数据结构file来描述被打开的文件，该数据结构中有文件属性，文件内核级缓冲区等
描述进程的内核数据结构task_struct中都有一个指向文件描述符表的指针files，该指针指向一张文件描述符表files_struct，文件描述符表中最重要的部分就是一个指针数组，每一个元素就是一个被打开文件的指针file*，而文件描述符fd就是文件在指针数组中的位置下标。
Linux系统中，每个进程都会默认打开三个文件描述符为0、1、2的文件，分别为标准输入、标准输出、标准错误，对应的物理设备一般为键盘、显示器、显示器
C语言中的文件IO对比系统调用文件IO
C语言中打开文件使用fopen函数，并用FILE*类型接收其返回值。
FILE*是一个指向FILE结构体的指针，该结构体中封装了文件IO的相关的信息，例如文件描述符fd就被封装在其中。因此可以使用FILE*访问文件描述符（C语言中文件描述符叫做_fileno）
#include <stdio.h> int main() { FILE* fp = fopen("log.txt", "w"); // 以w方式打开文件 if (fp == NULL) { perror("fopen"); return 1; } printf("fd:%d\n", fp->_fileno); // 查看文件描述符 fwrite("hello", 1, 5, fp); // 写入文件 fclose(fp); // 关闭文件 return 0; }C语言程序默认也会打开标准输入stdin、标准输出stdout和标准错误stderr，通过代码查看其对应的文件描述符，发现恰好也是0、1、2
#include <stdio.h> int main() { printf("stdin->fd:%d\n", stdin->_fileno); printf("stdout->fd:%d\n", stdout->_fileno); printf("stderr->fd:%d\n", stderr->_fileno); return 0; }总结，不难发现其实C语言中的文件IO操作斗士队系统调用文件IO操作的封装