Linux学习之系统编程1（关于读写系统函数）

写在前面：

我的Linux的学习之路非常坎坷。第一次学习Linux是在大一下的开学没多久，结果因为不会安装VMware就无疾而终了，可以说是没开始就失败了。第二次学习Linux是在大一下快放暑假（那个时候刚刚过完考试周），我没什么事做就又重拾Linux，不服输的我选择再战Linux，这一次学习还算顺利，虽然中间有些小插曲但是不影响整体学习进度， 我看着B站上的视频一点点学习Linux，基本上把Linux的基础指令学完了。学完之后我又遇到问题了，视频基本上到这就结束了，而我却不知道下一步该学什么，于是就没怎么碰Linux，结果没过多长时间我就把学的Linux指令忘的一干二净。现在是我第三次学习Linux，我决定重新开始学Linux，同时为了让自己学习的效果更好，我选择以写blog的形式逼迫自己每天把学习到的Linux知识整理下来。这也就是我写这个系列blog的原因。

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好久没更新了，虽然这几天我并没有停止学习Linux，但是时间确实有点不够，写一篇blog还是比较耗时间的。（好吧，其实就是我有点懒，明明可以挤出时间，但是还是去划水了）

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open函数

当遇到我们不熟悉的函数，我们可以去manpage查看，这也是一个非常重要的自主学习手段和方法

manpage 第二卷，直接man 2 open就可以查看open函数的的详细信息。

根据上面的描述，我们可以得知open的基本信息

• 要使用open需要引头文件sys/types.h和sys/stat.h>和fcntl.h(其中sys/types.h和sys/stat.h>这两个头文件可以用unistd.h来替代。
• 传入的第一个参数类型是const char*，看名称就可以猜到是要打开文件的路径，这里用绝对路径和相对路径都可以。
• 传入的第二个参数类型是int，这里没有详细写，我就简单介绍，这个flag是权限控制，有O_RDONLY O_WRONLY O_RDWR,分别表示只读，只写，读写。（其实和C语言里的库函数fopen差不多）
• 对于第二个open就是多了个参数mode_t mode，就是当文件不存在时，我们创建文件（前面那个flag参数还要指定O_CREAT才可以创建文件)，指定文件的权限。（文件权限=mode&~umask)

关于返回值

简单来说就是一个文件描述符，用它可以读写文件。这里实在理解不了的，可以把它理解成一个非负整数，用它来操作文件，后面我会详细讲解这个文件描述符。

使用open常见的错误

• 打开文件不存在
• 以写方式打开只读文件（权限问题）
• 以只写方式打开目录

下面我举例演示

源代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
	int fd;
	fd=open("./test.c",O_RDONLY);
	if(fd<0)
	{
		printf("fd=%d,errno=%d:%s",fd,errno,strerror(errno));
		exit(0);
	}
	printf("fd=%d\n",fd);
	close(fd);
	return 0;
}

执行结果：

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close函数

学会了open函数，这个函数就没什么好说的。很简单。直接上图。

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read函数

还是先查man 2 read，直接上图。

其实这个函数也没啥好说的，和C语言的标库函数差不多。从一个文件中读取。

参数解读

• 第一个fd就是上面我们在open中学的返回值，一个文件描述符，用来操作文件。
• 第二个buf，就是缓冲区，用来接收从fd文件中读取的内容。
• 第三个count，就是从文件中读取的字节数。

返回值

• 如果读取成功，就返回读取到的字节数。
• 如果返回0，不代表读取失败，而是表示读取到文件的末尾了。
• 如果读取失败，返回-1,并且errno被设置。

特别提醒：每次读取文件的偏移量都会移动相应的读取的字节数。（原文是the file position is advanced by this number)

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write函数

还是先查man 2 write，直接上图。

和read差不多

参数解读

• 第一个fd就是上面我们在open中学的返回值，一个文件描述符，用来操作文件。
• 第二个buf，就是缓冲区，里面是要写入fd文件中的内容。
• 第三个count，就是从文件中写入的字节数。

返回值

• 如果写入成功，就返回写入到的字节数。
• 如果写入失败，返回-1,并且errno被设置。

特别提醒：要写入文件时，一定打开相应的权限，O_WRONLY,同时要确保当前用户有权限向文件写入（即该用户对该文件有w权限）

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利用read和write来实现cp功能

先来说一说思路，我们先打开被复制的文件，用fd1来表示它，再创建复制后的文件。用fd2来表示。每次都用read从fd1读取，再直接用write写入fd2即可。
废话少说，直接上源代码：

#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
        int fd1,fd2,n;
        char buf[4096];
        fd1=open(argv[1],O_RDONLY);
        fd2=open(argv[2],O_RDWR | O_CREAT,0664);
        if(fd1<0 || fd2<0)
        {
                printf("errno:%d:%s",errno,strerror(errno));
                exit(1);
        }
        while((n=read(fd1,buf,1024))!=0)
                write(fd2,buf,n);
        close(fd1);
        close(fd2);
        return 0;
}

效果如图

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预读入和缓输出

废话少说，先上图。

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标准IO函数自带用户缓冲区，系统调用无用户级缓冲。可能上面的图各位童鞋看不懂，没关系，记住“系统函数并不是一定比库函数牛逼，能使用库函数的地方就使用库函数。”

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文件描述符

文件描述符的本质是指向文件结构体的指针。
PCB进程控制块：本质 结构体
成员： 文件描述符表。
文件描述符：0/1/2/3/4…/1023 表中可用的最小的。

0 - STDIN_FILENO
1 - STDOUT_FILENO
2 - STDERR_FILENO

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lseek函数

还是先查看man 2 lseek

参数解读

• fd应该很熟悉了吧，传要操作的文件。
• offset是偏移量，就是你要文件移动的偏移量。
• whence总共有三个值可以设定。SEEK_SET表示文件的开头，SEEK_CUR表示文件的当前的偏移量，SEEK_END表示文件的末尾。

返回值

返回值是个整数，表示当前文件的位置和开头的偏移量。

注意点

1. 文件的“读”和“写”使用同一偏移量。
2. 可以使用lseek获取大小
3. 使用lseek拓展文件大小，但想真正引起文件大小变化，必须IO操作 。（这不是正规军的打法，正规军是应该是tuncate来拓展文件大小）

利用lseek获取文件大小

源代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
        int fd,res;
        fd=open(argv[1],O_RDONLY);
        if(fd<0)
        {
                perror("open file");
                exit(1);
        }
        res=lseek(fd,0,SEEK_END);
        printf("%s size is %d\n",argv[1],res);
        return 0;
}

效果：

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目录项和 inode

一个文件主要由两部分组成，dentry(目录项)和 inode
inode 本质是结构体，存储文件的属性信息，如：权限、类型、大小、时间、用户、盘快位置…也叫做文件属性管理结构，大多数的 inode 都存储在磁盘上。少量常用、近期使用的inode 会被缓存到内存中。
所谓的删除文件，就是删除inode，但是数据其实还是在硬盘上，以后会覆盖掉。

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stat 函数

还是先查看man 2 stat

参数解读

• pathname看名字就知道是文件的路径。
• statbuf这个参数类型是struct stat，虽然是第一次见，我这里简单介绍一下，包含文件各种信息的结构。

返回值

• 成功返回0
• 失败返回-1，errno被设置

关于struct stat

举例

源代码：

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
        struct stat sbf;
        stat(argv[1],&sbf);
        printf("The file size is %ld\n",sbf.st_size);
        if(S_ISREG(sbf.st_mode))
                printf("It is a regular file\n");
        else if (S_ISDIR(sbf.st_mode))
                printf("It is a directory\n");
        else
                printf("unkown file\n");
        return 0;
}

结果：

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link函数和unlink函数

硬链接数就是 dentry 数目
link 就是用来创建硬链接的
link 可以用来实现 mv 命令

删除一个链接 int unlink(const char *pathname)

unlink 是删除一个文件的目录项 dentry，使硬链接数-1
unlink 函数的特征：清除文件时，如果文件的硬链接数到 0 了，没有 dentry 对应，但该文件仍不会
马上被释放，要等到所有打开文件的进程关闭该文件，系统才会挑时间将该文件释放掉。

由于这个函数比较简单，我这里就不赘述了。

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目录操作函数

我这里就介绍三个最常用的函数:opendir readdir closedir

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接下来我来用这几个函数来模拟实现Linux中的ls的功能来让具体体现这几个函数的用法

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实现Linux的ls功能

源代码

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<string.h>
#include<dirent.h>

void is_file(char*);

void read_dir(char* dir)
{
        char path[256];
        DIR* dp;
        struct dirent* sdp;
        dp=opendir(dir);
        if(dp==NULL)
        {
                perror("opendir error");
                return;
        }
        while((sdp=readdir(dp))!=NULL)
        {
                if(strcmp(".",sdp->d_name)==0 || strcmp("..",sdp->d_name)==0)
                        continue;
                sprintf(path,"%s/%s",dir,sdp->d_name);
                is_file(path);
        }
        closedir(dp);
        return;
}


void is_file(char* name)
{
        int ret;
        struct stat sb;
        ret=stat(name,&sb);
        if(ret==-1)
        {
                perror("stat error");
                return;
        }
}

int main(int argc,char* argv[])
{
        if(argc==1)
                is_file(".");
        else
                is_file(argv[1]);
        return 0;
}

效果展示

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写在最后

个人亲身经验：我们学习的一系列Linux命令，一定要自己亲手去敲。不要只是看别人敲代码，不要只是停留在眼睛看，脑袋以为自己懂了，等你实际上手去敲会发现许许多多的这样那样的问题。正可谓“键盘敲烂，月薪过万”

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如果你觉得我写的题解还不错的，请各位王子公主移步到我的其他题解看看

1. 数据结构与算法部分（还在更新中）：

• C++ STL总结 - 基于算法竞赛（强力推荐）
• 动态规划——01背包问题
• 动态规划——完全背包问题
• 动态规划——多重背包问题
• 动态规划——分组背包问题
• 动态规划——最长上升子序列（LIS)
• 二叉树的中序遍历（三种方法）
• 最长回文子串
• 最短路算法——Dijkstra（C++实现）
• 最短路算法———Bellman_Ford算法（C++实现）
• 最短路算法———SPFA算法（C++实现）
• 最小生成树算法———prim算法（C++实现）
• 最小生成树算法———Kruskal算法（C++实现）
• 染色法判断二分图（C++实现）

2. Linux部分（还在更新中）：

• Linux学习之初识Linux
• Linux学习之命令行基础操作
• Linux学习之基础命令（适合小白）
• Linux学习之权限管理和用户管理

?🎉总结

“种一颗树最好的是十年前,其次就是现在”
所以,
“让我们一起努力吧,去奔赴更高更远的山海”

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