[Linux C编程]文件操作

文件操作

1.什么是系统调用？

  所谓系统调用是指操作系统提供给用户的一组“特殊”接口，用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统内核提供的服务。

2.为什么用户程序不能直接访问系统内核提供的服务呢？

  由于在Linux中，为了更好地保护内核空间，将程序的运行空间分为内核空间和用户空间（也就是常称的内核态和用户态），它们分别运行在不同的级别上，在逻辑上是相互隔离的。

  因此，用户进程在通常情况下不允许访问内核数据，也无法使用内核函数，它们只能在用户空间操作用户数据，调用用户空间的函数。

3.什么是文件？linux如何看待文件？

Linux一点哲学，“一切皆为文件”；在Linux中对目录和设备的操作都等同于对文件的操作，都是使用文件描述符来进行的。

Linux文件可分为：普通文件，目录文件，链接文件，设备文件

4.什么是文件描述符？Linux内核如何分配描述符？

  文件描述符是一个非负的整数，它是一个索引值，并指向内核中每个进程打开文件的记录表。

  当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核就向进程返回一个文件描述符；当需要读写文件时，也需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。

  一个进程启动时，都会打开3个文件：标准输入、标准输出和标准出错处理。

 

5.系统调用API

（1） creat

函数的作用： 创建一个文件；

函数的原型： int  creat(const char *pathname, mode_t mode);

filename:创建的文件名（包含路径，缺省为当前路径）

mode:创建模式：S_IRUSR   可读

          S_IWUSR   可写

          S_IXUSR    可执行

          S_IXRWU   可读可写可执行

（除用以上宏来选择创建模式，也可以用数字来表示，如0755）

文件头：  #include <sys/types.h>

       #include <sys/stat.h>

       #include <fcntl.h>

返回值：成功：新的文件描述符；

     出错：  -1

（2） open

函数的作用：打开或创建文件，在打开或创建文件时可以指定文件的属性及用户的权限等各种参数；

函数的原型：

int  open(const char *pahtname, int flags);

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

返回值：文件描述符---成功；出错：-1；

flags：

参数： O_RDONLY：只读打开

     O_WRONLY：只写打开

     O_RDWR：读、写打开

     O_CREAT：如果此文件不存在则创建它，使用此选项时，需同时说明第三个参数

mode,用其说明该新文件的存取权限；

O_NONBLOCK：如果path name指的是一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选

择项为此文件的本次打开操作和后续的I/O操作设置非阻塞方式。

      O_APPEND：原来有内容，则会自动保留文件内容，自动向下读写；

      O_TRUNC：  文件存在，有内容，文件清空；

（3）read

函数的作用：从打开的文件中读取count个字节数据到buf所指向的缓冲区中。

函数的原型：ssize_t  read(int fd, void *buf,  size_t count);

包含的头文件： #include  <unistd.h>

返回值：正常是实际读到的字节数；

     如果是在文件结束或者是无数据，返回0；

     出错，-1；

（4）write

函数的作用： 把count个字节从buf所指向的缓冲区中写到文件描述符fd所指向的文件中

函数的原型： ssize_t   write(int fd, const void *buf, size_t count);

头文件：  #include <unistd.h>    

返回值：  成功会返回实际写入的字节数；

       出错：-1；

（5）lseek

函数的功能：将文件读写指针相对whence移动offset个字节。

函数的原型：int lseek(int fd, offset_t  offset, int whence);

函数的参数：offset： 指针的微调，在指定的指针向前移动为负， 向后为正；

        whence：  SEEK_SET：放在文件头

               SEEK_CUR:当前的位置；

               SEEK_END：  文件尾；

返回值：返回文件当前指针到文件开始的地方有多少字节；

    出错-1；

6.标准库函数

C库函数的文件操作是独立于具体的操作系统平台的。

7.什么是不带缓存I/O操作?什么是带缓存I/O操作？

不带缓存的I/O是对文件描述符操作，带缓存的I/O是针对流的。

标准I/O库就是带缓存的I/O,它由ANSI C标准说明。当然，标准I/O最终都会调用上面的I/O例程。

标准I/O库代替用户处理很多细节，比如缓存分配、以优化长度执行I/O等。

标准I/O提供缓存的目的就是减少调用read和write的次数，它对每个I/O流自动进行缓存管理（标准I/O函数通常调用malloc来分配缓存）。

它提供了三种类型的缓存：
1) 全缓存。当填满标准I/O缓存后才执行I/O操作。磁盘上的文件通常是全缓存的。
2) 行缓存。当输入输出遇到新行符或缓存满时，才由标准I/O库执行实际I/O操作。stdin、stdout通常是行缓存的。

3) 无缓存。相当于read、write了。stderr通常是无缓存的，因为它必须尽快输出。

一般而言，由系统选择缓存的长度，并自动分配。标准I/O库在关闭流的时候自动释放缓存。

在标准I/O库中，一个效率不高的不足之处是需要复制的数据量。

当使用每次一行函数fgets和fputs时，通常需要复制两次数据：

第一次是在内核和标准I/O缓存之间（当调用read和write时），

第二次是在标准I/O缓存（通常系统分配和管理）和用户程序中的行缓存（fgets的参数就需要一个用户行缓存指针）之间。

8.库函数

（1）fopen

函数的作用： 打开文件

函数的原型： FILE *fopen(const char *pth, const char *mode)

mode:  r:读，文件必须存在；

     r+：打开可读写，文件必须存在；

     w：打开只写文件，文件不存在就会创建文件； 文件清0；

     w+：打开可读写的文件，

     a：附加的形式打开只写文件，不存在就创建，存在就写到原来的文件尾。

     a+：以附加的形式打开可读写的文件，不存在就创建，存在就写到原来的文件尾。

     b：二进制文件

 头文件： #include <stdio.h>

 返回值： 成功是指向=文件流的指针；

       出错返回NULL；     

（2）fclose

函数的作用：关闭先前fopen()打开的文件，会将缓冲区内的数据写入文件中，并释放系统所提供的文件资源返回值。

函数的原型：int fclose(FILE * stream);

头文件：#include<stdio.h>

返回值：若关动作成功则返回0

     出错返回EOF并把错误代码存到errno.

 

注：对文件的读和写是最常用的文件操作。在Linux C中提供了多种文件读写的函数

字符读写函数：fgetc和fputc

字符串读写函数：fgets和fputs

数据块读写函数：fread和fwrite

格式化读写函数：fscanf和fprintf

（3）fputc

函数的作用：  将一个指定的字符写入到文件流中；

函数的原型：  int fputc(int c, FILE *stream);

返回值：   返回写入成功的字符，c；  EOF则表示失败。

（4）fgetc

函数的作用：从文件流中读取一个字符

函数原型： int fgetc(FILE *stream)

返回值：返回值正常的是读取的字符；EOF表示到了文件尾；

（5）fputs

函数的作用：将一个字符串写入到文件内

函数的原型： int fputs(const char *s, FILE *stream)

返回值：成功返回写成字符数； EOF表示出错

（6）fgets

函数的作用：从文件中读取一个字符串；

函数的原型：char *fgets(char *s, int size,  FILE *steam)

函数的说明：fgets()用来从参数stream所指的文件内读入字符并存到参数s所指的内存空间中，知道出现换行字符、读到文件尾或是已读了size-1个字符为止，最后会加上NULL作为字符串结束。

返回值： 成功返回s， 出错NULL。

（7）fread

函数的作用：从文件流中读取数据块

函数原型：size_t  fread(void *ptr,  size_t size, size_t  nmemb, FILE * stream);

函数参数：stream为已打开的文件指针

      ptr:指向欲存放读取进来的数据空间

      读取的字符数以参数nmemb来觉得

返回值：返回实际读到数据块的数目

     比nmember小的话，可能是到了文件尾，或者错误发生。

     feof() ：到文件尾；

     ferror()：判断错误的

（8） fwrite

函数的作用：将数据块写到文件流中：

函数原型： size_t  fwrite(const void * ptr,  size_t size,  size_t nmemb,  FILE *stream);

函数参数：stream为已打开的文件指针，

       ptr:指向欲写入的数据地址，总共写入的字符数以参数nmemb来决定

返回值： 实际写入的nmemb数目；

（9）fprintf

函数的作用：格式化数据到文件

函数的原型： int fprintf(FILE *stream, const char *format, ....);

返回值：成功返回实际输入的字符数，失败-1；

（10）fscanf

函数的作用： 格式化字符串输入

函数的原型： int fscanf(FILE *strem, const char *fromat,....)

返回值：成功返回参数数目，出错-1

（11）fseek

函数的作用：移动文件流的读写位置

函数的原型： int fseek(FILE * stream, long offset, int whence)

返回值：成功返回0， 出错-1；

（12）ftell

函数的作用：读取文件流的读写位置；

函数的原型：long ftell(FILE * stream)

返回值： 成功返回当前的读写位置；

      出错-1；

（13）feof

函数的作用： 检测文件流是否到了文件尾

函数的原型：int feof(FILE *steam)

返回值：  非零代表到了文件尾，其他是0；

 

9.带缓存的I/O操作如何完成文件的复制？

#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <stdio.h> #define BUFFER_SIZE 1024 int main(int argc,char *argv[]) { int from_fd,to_fd; int bytes_read,bytes_write; char buffer[BUFFER_SIZE]; char *ptr; if(argc!=3) { fprintf(stderr,"Usage:%s fromfile tofile/n/a",argv[0]); exit(1); } if((from_fd=open(argv[1],O_RDONLY))==-1) { fprintf(stderr,"Open %s Error:%s/n",argv[1], strerror(errno)); exit(1); } if((to_fd=open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR))==-1) { fprintf(stderr,"Open %s Error:%s/n",argv[2],strerror(errno)); exit(1); } while(bytes_read=read(from_fd,buffer,BUFFER_SIZE)) { if((bytes_read==-1)&&(errno!=EINTR))  /* 一个致命的错误发生了 */ break; else if(bytes_read>0) { ptr=buffer; while(bytes_write=write(to_fd,ptr,bytes_read)) { if((bytes_write==-1)&&(errno!=EINTR))      /* 一个致命错误发生了 */ break; else if(bytes_write==bytes_read)           /* 写完了所有读的字节 */         break; /* 只写了一部分,继续写 */  else if(bytes_write>0) { ptr+=bytes_write; bytes_read-=bytes_write; } } /* 写的时候发生的致命错误 */ if(bytes_write==-1)break; } } close(from_fd); close(to_fd); exit(0); }