【Linux】文件周边001之系统文件IO

发布时间:2024年01月24日

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目录

前言

1.C语言文件IO

1.1C语言文件IO接口汇总?

1.2当前路径指的是什么?

?1.3stdin、stdout、stderr

2.系统文件IO

2.1open

参数const char* pathname

参数int flags

*位图方式传参

参数mode_t mode

返回值int fd『 简要理解文件描述符』

2.2close

2.3write?

2.4read


前言

进程周边的相关内容暂时告一段落,下面我们开始学习文件部分。

学习『 系统文件IO』之前,我会与大家先复习一下C语言部分文件IO的相关接口,为后面的学习作『 铺垫』。系统文件IO部分,本篇文章会讲解『 基本的系统调用』:open()、close()、read()、write(),有关参数传递涉及到『 位图方式传递』,这部分以前没有学习过,博主也会拿出来简单的学习一下。


欢迎大家📂收藏📂以便未来做题时可以快速找到思路,巧妙的方法可以事半功倍。

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1.C语言文件IO

1.1C语言文件IO接口汇总?

在学习C语言期间,我们学习过一些C语言封装的文件接口:

C语言文件接口汇总
打开文件
关闭文件
写入一个字符
读取一个字符
写入一个字符串
读取一个字符串
格式化写入数据
格式化读取数据
向二进制文件写入数据
从二进制文件读取数据
设置文件指针的位置
计算当前文件指针相对于起始位置的偏移量
设置文件指针到文件的起始位置
判断文件操作过程中是否发生错误
判断文件指针是否读取到文件末尾

本篇文章不会完全的讲解以上C语言文件接口,想要详细了解的同学可以『 点击以下内容』跳转到博主的有关C语言文件IO的博客。

『 樊梓慕』文件操作——CSDNicon-default.png?t=N7T8http://t.csdnimg.cn/DRPJb

1.2当前路径指的是什么?

当我们利用C语言IO接口创建文件时,生成的文件默认在『 当前路径』,可当前路径具体指的是谁的路径呢?

  • 『 文件是由进程创建』,所以文件的当前路径也是进程的当前路径。

在之前学习进程的部分,我们已经聊过有关话题,当前路径指的是进程在启动时,会保存当前目录的路径,保存到『 /proc/[pid]/cwd』中,该路径就是进程的当前路径。


?1.3stdin、stdout、stderr

在之前学习时,我们提到过一个概念:『 Linux下一切皆文件』 ,也就是说键盘、显示器都是文件,这很好理解,我们向普通文件写入,本质上就是向磁盘写入数据,那将对象改为显示器,是不是就是打印了?

但是,向文件写入我们一般这么操作:

FILE* fp = fopen("log.txt", "w");
fputs("hello world\n", fp);

可是打印我们从未『 打开』显示器文件,也从未『 传递』过流参数:

printf("hello world\n");

这也就说明了:

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。

所以,我们想要实现打印的功能,也可以这样写:

fputs("hello world\n", stdout);

stdin、stdout以及stderr是C标准库下的标准输入输出错误流,其他语言如C++也有对应的标准输入输出错误流:cin、cout和cerr。


2.系统文件IO

?C程序可以直接对硬件进行写入么?

在之前学习的时候,关于操作系统我们有过这样一张图:

什么意思?

程序不可能也不可以越过操作系统直接操作硬件,还记得『 系统调用』么?

?也就是说C标准库中的文件IO接口一定『 封装了系统调用』,所以才能利用fopen()、fputs()等函数对文件进行操作。

那接下来我们就来学习文件IO的系统调用。

2.1open

?open是打开文件的系统调用接口。

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

参数const char* pathname

代表要打开或创建的目标文件。?

  • 若pathname以路径的方式给出,则当需要创建该文件时,就在pathname路径下进行创建。
  • 若pathname以文件名的方式给出,则当需要创建该文件时,默认在当前路径下进行创建。

参数int flags

代表文件的打开方式。

参数含义
O_RDONLY以只读的方式打开文件
O_WRNOLY以只写的方式打开文件
O_APPEND以追加的方式打开文件
O_RDWR以读写的方式打开文件
O_CREAT当目标文件不存在时,创建文件

传递方式介绍:

例如:以只写的方式打开文件,当目标文件不存在时自动创建文件,则参数设置如下:

O_WRONLY | O_CREAT

为什么这么传递??

*位图方式传参

?先写一段代码:

#define ONE 1
#define TWO (1<<1)
#define THREE (1<<2)
#define FOUR (1<<3)
#define FIVE (1<<4)

void Print(int flag)
{
    if(flag & ONE) printf("1\n");
    if(flag & TWO) printf("2\n");
    if(flag & THREE) printf("3\n");
    if(flag & FOUR) printf("4\n");
    if(flag & FIVE) printf("5\n");
}

int main()
{
    Print(ONE);
    printf("----------------------\n");
    Print(TWO);
    printf("----------------------\n");
    Print(ONE|TWO);
    printf("----------------------\n");
    Print(THREE|FOUR|FIVE);
    printf("----------------------\n");
    Print(ONE|TWO|THREE|FOUR|FIVE);
}

?根据代码中的宏定义,这些宏的特点就是所有位加起来只有一个1。?

?Print函数中五个if中的判断条件其实就是判断参数哪个位为1,如果传的是ONE,那么ONE与ONE&得到的就是1,为真就打印1,其余的都为假,不打印。

当带上|操作符后,相当于把两个参数的1位合并到一起,比如ONE|TWO得到的就是0011,所以在Print中就会满足两个条件flag & ONE 和 flag & TWO。

这就是位图方式传参的基本思想。


放到flags中呢?

#define O_RDONLY       0000
#define O_WRONLY       0001
#define O_RDWR         0010
#define O_CREAT        0100

之后通过&运算:

int open(arg1, arg2, arg3){
	if (arg2&O_RDONLY){
		//设置了O_RDONLY选项
	}
	if (arg2&O_WRONLY){
		//设置了O_WRONLY选项
	}
	if (arg2&O_RDWR){
		//设置了O_RDWR选项
	}
	if (arg2&O_CREAT){
		//设置了O_CREAT选项
	}
	//...
}

所以如果arg2=O_CREAT |?O_WRONLY,即arg2=0101,arg2 &?O_WRONLY =1 && arg2 &?O_CREAT =1就达到了『 以只写的方式打开文件,当目标文件不存在时自动创建文件』的目的。

这就是『 位图方式传参』。

参数mode_t mode

代表创建文件的默认权限。

例如:将mode设置为0666,则创建出来的文件权限如下:

-rw-rw-rw-

但『 实际上』创建出来文件的权限值还会受到umask(文件默认掩码)的影响。

实际创建出来文件的权限为:mode减去对应位的umask值。

umask的默认值默认为0002,所以当我们设置mode值为0666时实际创建出来文件的权限为0664。

若想创建出来文件的权限值不受umask的影响,则需要在创建文件前使用umask函数将文件默认掩码设置为0。

umask(0); //将文件默认掩码设置为0

如果不需要创建新的文件,则使用两个参数的open即可。?

返回值int fd『 简要理解文件描述符』

代表打开文件的『 文件描述符』。

  • fd>0:返回的是文件描述符。
  • fd==-1:代表打开文件失败。

一个进程可以打开多个文件:????????

#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;
}

?为什么是从3开始呢?

我们刚才讲进程默认会打开三个输入输出流:标准输入流、标准输出流、标准错误流。

所以0、1、2分别代表了它们。

从而我们得到文件描述符的分配规则:

找到当前没有被使用的最小的下标,作为新的文件描述符。?


2.2close

close是关闭文件的系统调用接口。

int close(int fd);//参数fd是文件描述符
  • 关闭文件成功返回0;
  • 关闭文件失败返回-1。

2.3write?

write是写入文件的系统调用接口。

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

功能: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。
  • 写入失败,返回-1。

例如:?

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
	int fd = open("log.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0666);
	if (fd < 0){
		perror("open");
		return 1;
	}
	const char* msg = "hello syscall\n";
	for (int i = 0; i < 5; i++){
		write(fd, msg, strlen(msg));
	}
	close(fd);
	return 0;
}

2.4read

read是读取文件的系统调用接口。

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

功能:从文件描述符为fd的文件读取count字节的数据到buf位置当中。

  • 读取成功,返回读取数据的字节个数。
  • 读取失败,返回-1。

例如:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
	int fd = open("log.txt", O_RDONLY);
    if (fd < 0){
		perror("open");
		return 1;
	}
	char ch;
	while (1){
		ssize_t s = read(fd, &ch, 1);
		if (s <= 0){
			break;
		}
		write(1, &ch, 1); 
        //向文件描述符为1的文件写入数据,即向标准输出流(显示器)写入数据
	}
	close(fd);
	return 0;
}

当然对于文件管理来说还有很多需要讲解的细节,博主会放到下一篇文章中详细讲解,下一篇文章会深入学习『 Linux系统是如何管理文件的』,『 文件描述符在其中又扮演了怎样的角色』,『 怎么理解Linux下一切皆文件』等等内容,本篇文章只是文件部分的简单开头,主要目的是为了『 作铺垫』,更多内容,请持续关注博主Linux系列文章。?

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