linux環境：C編程文件操作
C語言標準函數庫文件操作函數
- 打開文件：foen(文件名，打開格式)
- 關閉文件：fclose(文件名)
- 無格式讀文件：fread(目標地址，讀取單位大小，讀取個數，源文件指針)
- 無格式寫文件：fwrite(源地址，讀取單位大小，讀取個數，目標文件指針)
- 格式化讀文件：fscanf(源文件指針，帶格式控制的字符串，目的變量地址…)
- 格式化寫文件：fprintf(目標文件指針，帶格式控制的字符串，源變量)
- 讀文件字符：fgetc(源文件指針)
- 寫文件字符：fputc(字符，目標文件指針)
- 讀文件字符串：fgets(源文件指針)
- 寫文件字符串：fputs(字符串，目標文件指針)
- 文件結束指示：feof(文件指針)
- 文件指針定位：ftell(文件指針)返回當前文件指針距離文件開始處的字節數
- 文件指針重定位：fseek(文件指針，偏移量，起始點)起始點可以是文件頭0，文件尾2，文件指針當前位置1
- 文件指針復原rewind(文件指針)
- 格式化寫字符串函數：sprintf(字符串指針，格式控制，變量)
- 格式化讀字符串函數：fscanf(字符串指針，帶格式控制的字符串，目的變量地址…)
使用方法和在windows環境下一致
Linux目錄操作
目錄文件查找
首先需要理解：linux系統中的目錄也是以文件的方式存儲，在目錄文件中存儲了該目錄下的文件的信息，包括文件名，文件inode編號，文件類型等等，姑且把這些信息稱爲一個文件的索引信息。如果想要找到某個文件，首先需要找到這個文件所在目錄的目錄文件。
接下來就可以理解linux下打開目錄查找文件的流程了：
- 函數DIR *opendir(目錄路徑)可以根據路徑查找打開對應的目錄文件，返回指向該目錄文件流的結構體指針DIR*，DIR數據結構存儲了當前打開的目錄文件的相關信息，目錄文件的大小，起始地址等等。
- 獲得目錄流的結構體指針後，我們就可以使用dirent * readdir(目錄流指針)讀取目錄文件中的內容，依次獲取每個文件的索引信息。
- 爲了保證目錄文件不至於過大，文件的索引信息中只存了少量必要信息，所以想要獲得文件的詳細信息，在通過dirent結構體知道了文件名只後，我們需要通過int stat(包含路徑的完整文件名, stat結構體指針);來獲取文件的詳細信息，
- 可以通過void rewinddir(DIR *dir)重定位目錄流指針來重新讀取當前目錄下的文件索引信息
- 和文件流指針一樣，使用完之後應使用 closedir(DIR *dir)關閉目錄流指針DIR*
其他目錄操作
- 修改權限int chmod(const char* path, mode_t mode);//path:文件路徑 mode 數字權限
- char *getcwd(char *buf, size_t size); //獲取當前目錄，相當於 pwd 命令
將當前的工作目錄絕對路徑複製到參數 buf 所指的內存空間，參數 size 爲 buf
的空間大小,空間不足返回NULL，buf爲NULL時系統使用malloc自動分配內存 - int chdir(const char *path); //修改當前目錄，即切換目錄，相當於 cd 命令
基於文件描述符的Linux文件操作
基本文件操作-打開、關閉與讀寫
除了C標準庫中的文件操作函數，linux環境下提供了另外一套直接根據文件描述符進行文件操作的函數。直接使用文件描述符對文件操作，可以提高程序的運行效率。
- 打開文件int open(const char *pathname, int flags); //文件名 打開方式
- 打開文件int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
- 關閉文件int close(int fd);
- 讀文件ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);//文件描述詞 緩衝區 長度
- 寫文件ssize_t write(int fd, const void buf, size_t count);
打開和關閉函數與標準函數基本類似，區別在於由FILE類型的文件指針變成了int類型的文件描述符，文件權限表示也不一樣。
讀寫文件類似fread fwrite，不同之處在於不再區分單位長度和單位個數，而是直接以總字節長度作爲參數。
改變文件大小
-
直接改變文件大小：使用函數int ftruncate(int fd, off_t length);
函數ftruncate會將參數 fd 指定的文件大小改爲參數 length 指定的大小。參數 fd 爲已打開的文件描述詞，而且必須是以寫入模式打開的文件。如果原來的文件大小比參數 length 大，則超過的部分會被刪去。執行成功則返回 0，失敗返回-1 -
間接擴大文件：使用文件指針定位函數
lseek
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);//fd 文件描述詞,offset爲偏移量，whence爲基準地址，0代表文件頭，1代表文件指針所在，2代表文件尾利用該函數可以實現文件空洞（對一個新建的空文件，可以定位到偏移文件開頭 1024 個字節的地方，在寫入一個字符，則相當於給該文件分配了 1025 個字節的空間，形成文件空洞）通常用於多進程間通信的時候的共享內存。
文件描述符與文件指針的轉換
-
FILE* -> int :int fileno(FILE * file);
-
int ->FILE*:FILE *fdopen(int fd);
獲取文件信息
- 通過文件指針獲取：
int stat(const char *file_name, struct stat *buf); //文件名 stat 結構體指針 - 通過文件描述符獲取：
int fstat(int fd, struct stat *buf); //文件描述符stat 結構體指針
文件描述符複製
原理解析：
- linux系統中，包括設備在內所有資源均是通過文件格式進行管理的。
- 系統訪問相應的文件的時候，需要首先打開文件。
- 所有對已打開的文件的操作，均需要通過文件描述符進行，FILE*指針最後也是由系統轉爲文件描述符進行操作的。
- 同一文件往往會有不同線程同時訪問，Linux採用引用計數的方式進行管理，即文件只打開一份，此後每有一個新的打開請求，只返回一個新的文件描述符，同時該文件的引用計數加一。
- 關閉文件同理，僅僅釋放文件描述符，即更新進程的文件描述符表中該描述符的狀態，當文件的引用計數爲0時才真正執行關閉文件的操作。
- 文件描述符，僅僅只是一個整數序號，和變量名無關，只要序號相同，就是同一個文件描述符。
理解上述原理後，我們來看文件描述符的複製
使用 = 直接複製
int fd0=open("test.c",O_RDWR | O_CREAT);
int fd1=fd0;
這種情況下，fd1和fd0的值相同，是同一個整數，也就是說兩者是同一個文件描述符，test.c文件的引用計數不增加，雖然都可以對文件進行訪問，但是隻要對任意一個執行close()操作，這個整數代表的描述符就和該文件脫離聯繫，通過fd0，fd1兩個變量均不能再訪問test.c文件。
使用dup()函數複製
函數原理分析：
dup函數接收一個文件描述符作爲參數，查找對應的文件。
如果該文件描述符沒有對應打開的文件則返回-1
有對應的文件，則返回當前未被使用的最小文件描述符，同時該文件的引用計數加1
樣例程序：
int main()
{
int fd1 = open("dup.doc", O_RDWR | O_CREAT);
int fd2 = dup(fd1);
printf("fd1=%d\nfd2=dup(fd1)\nfd2==%d\n",fd1,fd2);
close(fd1);
printf("fd1 closed!\n");
write(fd2,"HELLO WORLD!",13);
printf("write dup.doc by fd2!\n");
}
執行效果如下：
fd1=3
fd2=dup(fd1)
fd2==4
fd1 closed!
write dup.doc by fd2!
使用cat命令查看dup.doc文件：
[jzk@ubuntu ~/code/dup]$ cat dup.doc
HELLO WORLD![jzk@ubuntu ~/code/dup]$
可以看到在關閉fd1後，我們通過fd2仍然可以對文件進行讀寫。
使用dup2()函數複製
函數原理分析：
int dup2(int oldfd, int newfd)接收兩個文件描述符作爲參數
- 第一個參數
oldfd是源文件描述符，應該對應一個打開的文件，如果該文件描述符沒有對應打開的文件則報錯返回-1 - 第二個參數
newfd是目的文件描述符，如果newfd等於oldfd則返回這個值。如果newfd已經關聯其他文件，則執行close(newfd)操作，然後把newfd與oldfd對應的文件進行關聯，該文件的引用計數加1，返回newfd
重定向標準輸入輸出到文件
預備知識：Linux系統中輸入輸出設備同樣是通過文件描述符管理，其中標準輸入stdin，標準輸出stdout，標準錯誤輸出stderr默認的文件描述符是0，1，2，分別用STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO 和 STDERR_FILENO 三個宏表示
值得注意的是，對於所有調用標準輸入輸出的函數，比如printf(),puts,scanf(),perror()等等，它們只認0，1，2這三個描述符，而不關注這三個描述符關聯的對象。這樣我們就可以通過改變0，1，2這三個文件描述符關聯的文件，從而實現對標準輸入輸出的重定向。
同時要注意，一旦關閉標準輸入輸出之後，就手動不能打開了，所以，如果在重定向之後需要再使用標準輸入輸出，需要先將其複製給其文件描述符來維持標準輸入輸出文件的打開。
樣例程序：
int main()
{
//備份標準輸入
int ind = dup(0);
//備份標準輸出
int outd = dup(1);
int fd = open("test.doc",O_RDWR|O_CREAT);
//將原本標準輸出的文件描述符與fd關聯起來
dup2(fd,1);
printf("you will see me in test.doc.\n");
//重新把標準輸出文件和1聯繫起來
dup2(outd,1);
printf("you will see me on the screen.\n");
//將文件指針重定位到文件頭
lseek(fd,0,0);
//將原本標準輸入的文件描述符與fd關聯起來
dup2(fd,0);
char str[30]={0};
//從文件中讀取字符串
gets(str);
printf("this is a string from the file:\t%s\n",str);
//重新把標準輸入的文件描述符與0聯繫起來
dup2(ind,0);
//測試是否重新回到了標準輸入輸出流
printf("input test：input a string\n");
scanf("%s",str);
printf("%s\n",str);
return 0;
}
執行效果如下：
you will see me on the screen.
this is a string from the file: you will see me in test.doc.
input test：input a string
success!
success!
查看test.doc中的內容：
[jzk@ubuntu ~/code/stdio]$ cat test.doc
you will see me in test.doc.
[jzk@ubuntu ~/code/stdio]$
MMAP文件映射
MMP文件映射的原理是使用DMA通道技術，在地址A與地址B之間構造映射。
當我們在地址A爲起始的映射區讀寫操作時，DMA控制器可以將該讀寫操作同步到地址B起始的映射區，從而實現了數據高效傳輸。
其中地址A和B可以一個在內存，一個在外存，一個在用戶空間，一個在內核空間，靈活性很強。
調用形式如下：
void* mmap ( void * addr , size_t len , int prot , int flags , int fd , off_t offset )
參數解釋：
- 第一個參數addr指定文件應被映射到進程空間的起始地址，一般被指定一個空指針，此時選擇起始地址的任務留給內核來完成.
- 第二個參數len指定映射區的大小，從被映射文件開頭offset個字節開始算起，注意該值加上offset值後不能超過映射文件的大小
- 第三個參數prot指定映射的內存段的訪問權限，可讀PROT_READ可寫PROT_WRITE、可執行PROT_EXEC或不可訪問PROT_NONE,可以使用或運算進行組合
- 第四個參數flags指定映射對象的類型，映射選項和映射頁是否可以共享，一般爲MAP_SHARED
- 第五個參數fd爲文件描述符
- 第六個參數offset爲文件中的映射區從文件開始處算起的偏移量，必須是物理頁面大小4K的整數倍
注意：數據傳輸完畢後，需要使用int munmap(映射文件描述符，映射區大小)解除映射，解除成功返回0，否則返回-1
管道文件通信
原理：
管道通信爲半雙工通信，通信雙方通過交替讀寫管道文件，實現數據傳遞。通過兩個不同進程中的各自文件描述符指向同一個文件，來實現讀寫同一對象。
管道文件基本操作
- 創建管道文件的命令：
mkfifo filename - 刪除管道文件的命令：
unlink filename - 管道文件的創建函數：
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
參數 pathname 爲要創建的 管道文件的全路徑名；
參數 mode 爲文件訪問權限 - 管道文件的刪除函數：
int unlink(const char *pathname); - 管道文件的讀寫打開關閉函數和其他類型的文件相同
管道文件的性質
- 打開管道文件時分讀端和寫端，分別用
O_RDONLY和O_WRONLY選項打開。 - 一個管道文件可以同時被多個進程打開
- 如果以讀取方式打開 FIFO，並且還沒有其它進程以寫入方式打開 FIFO，
open函數將被阻塞，即不能繼續運行，因爲沒有數據寫入文件，無法進行讀取 - 如果以寫入方式打開 FIFO，並且還沒其它進程以讀取方式 FIFO，
open函數也將被阻塞。因爲沒有進程讀取數據，寫入的數據可能無法正確送到目的地。 - 關閉 FIFO 時，如果先關讀端，將導致繼續往 FIFO 中寫數據的進程接收
SIGPIPE的信號，如果寫進程不對該信號進行處理，將導致寫進程終止。 - 如果先關閉寫端則從另一端讀數據時，
read函數將返回 0，表示管道已經關閉
使用管道實現簡單的進程通信
//寫進程
int main(int argc,char* argv[])
{
int fdw;
fdw=open(argv[1],O_WRONLY);
printf("I am writer fdw=%d\n",fdw);
write(fdw,"hello",5);
return 0;
}
//讀進程
int main(int argc,char *argv[])
{
int fdr;
fdr=open(argv[1],O_RDONLY);
printf("I am reader,fdr=%d\n",fdr);
char buf[128]={0};
int ret=read(fdr,buf,sizeof(buf));
printf("ret=%d,buf=%s\n",ret,buf);
return 0;
}
注意當管道文件只有讀端或寫端時，進程均會在open函數處阻塞
運行效果：
select()——I/O 多路轉接模型
原理：在多進程操作時，如果進程請求的 I/O 操作阻塞，不是真正阻塞 I/O，而是讓其中的一個函數等待，則可以用select函數對一組套接字進行監控，如果有就緒信號時發出通知，從而實現多路複用輸入/輸出模型。
函數原型如下：
int select(int maxfd,fd_set *rdset,fd_set *wrset,fd_set *exset,struct timeval *timeout);
各個參數含義如下：
- 參數maxfd是需要監視的最大的文件描述符值+1
- rdset,wrset,exset分別對應於需要檢測的可讀文件描述符的集合，可寫文件描述符的集 合及異常文件描述符的集合
- struct timeval結構用於描述一段時間長度，如果在這個時間內，需要監視的描述符沒有事件發生則函數返回，返回值爲0
需要重點注意的時fd_set數據類型，該數據類型是一個文件描述符數組，保存了一系列需要進行監控的文件描述符。
對於fd_set類型通過下面四個宏來操作：
FD_ZERO(fd_set *fdset)將指定的文件描述符集清空，在對文件描述符集合進行設置前，必須對其進行初始化，如果不清空，由於在系統分配內存空間後，通常並不作清空處理，所以結果是不可知的。FD_SET(fd_set *fdset)用於在文件描述符集合中增加一個新的文件描述符。FD_CLR(fd_set *fdset)用於在文件描述符集合中刪除一個文件描述符。FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset)用於測試指定的文件描述符是否就緒。
select函數功能總結：在給定時間對給定的文件集合不斷進行測試，返回就緒文件個數，即滿足可讀，可寫或有異常條件待處理的文件。如果time爲NULL在一直進行測試，如果time爲0則測一次後返回，如果time爲定值，在時間耗盡之前持續測試。
然後我們通過FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset) 可以測試指定的文件描述符是否就緒，從而應對不同情況進行IO操作。
樣例：實現簡單的聊天程序：
//chatter1.c
int main(int args,char *argv[])
{
ARG_CHECK(args,3);
int fdr,fdw;
fdr = open(argv[1],O_RDONLY);//存放要接收的信息的文件
fdw = open(argv[2],O_WRONLY);//存放要發送的信息的文件
printf("小明,fdr=%d,fdw=%d\n",fdr,fdw);
char sentence[1024] = {0};
fd_set rdset;//文件描述符數組，數組中的文件描述符需要手動添加
int fdReadyNum;//計數
int ret; //返回值
struct timeval tc;//等待時間
while(1)
{
FD_ZERO(&rdset);//清空描述符集合
FD_SET(STDIN_FILENO,&rdset);//將標準輸入流放入集合中
FD_SET(fdr,&rdset); //將收到的消息存放文件放入集合中
tc.tv_sec =999;
tc.tv_usec = 0;
fdReadyNum = select(fdr+1,&rdset,NULL,NULL,&tc);
//監控到就緒描述符
if(fdReadyNum>0)
{
//標準輸入就緒，則接收字符串寫入fdw中
if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rdset))
{
memset(sentence,0,sizeof(sentence));
ret = read(0,sentence,sizeof(sentence)-1);
//標準輸入沒有輸入內容
if(0==ret)
{
printf("下線\n");
break;
}
write(fdw,sentence,strlen(sentence)-1);
}
//fdr文件可讀，代表管道內有新消息
if(FD_ISSET(fdr,&rdset))
{
memset(sentence,0,sizeof(sentence));
ret = read(fdr,sentence,sizeof(sentence));
if(0==ret)
{
printf("系統提示：對方已下線\n");
break;
}
printf("小紅:\n%s\n小明：\n",sentence);
}
}
else
{
printf("超時無應答，連接已斷開！\n");
}
}
return 0;
}
//chatter2.c
int main(int args,char *argv[])
{
ARG_CHECK(args,3);
int fdr,fdw;
fdw = open(argv[1],O_WRONLY);//存放發送信息的文件
fdr = open(argv[2],O_RDONLY);//存放接收信息的文件
printf("小紅,fdr=%d,fdw=%d\n",fdr,fdw);
char sentence[1024] = {0};
fd_set rdset;//文件描述符數組，數組中的文件描述符需要手動添加
int fdReadyNum;//計數
int ret; //返回值
printf("小紅：\n");
while(1)
{
FD_ZERO(&rdset);//清空描述符集合
FD_SET(STDIN_FILENO,&rdset);//將標準輸入流放入集合中
FD_SET(fdr,&rdset); //將收到的消息存放文件放入集合中
fdReadyNum = select(fdr+1,&rdset,NULL,NULL,NULL);
//標準輸入就緒，則接收字符串寫入fdw中
if(FD_ISSET(STDIN_FILENO,&rdset))
{
memset(sentence,0,sizeof(sentence));
ret = read(0,sentence,sizeof(sentence)-1);
//標準輸入沒有輸入內容
if(0==ret)
{
printf("下線\n");
break;
}
write(fdw,sentence,strlen(sentence)-1);
}
//fdr文件可讀，代表管道內有新消息
if(FD_ISSET(fdr,&rdset))
{
memset(sentence,0,sizeof(sentence));
ret = read(fdr,sentence,sizeof(sentence));
if(0==ret)
{
printf("系統提示：對方已下線\n");
break;
}
printf("小明：\n%s\n小紅:\n",sentence);
}
}
return 0;
}
運行效果：
