基礎I/O總結

引言

對於文件I/O，即打開文件，讀文件，寫文件這個應該都不太陌生，這篇文章會首先回憶一下C語言中的一些基礎I/O，進而引入到Linux下的文件I/O。

C語言中的文件I/O

打開文件

#include<stdio.h>

FILE *fopen(const char *path,const char *mode) 

返回值：
FILE* :文件指針
參數：
path:文件路徑
mode:打開方式

這裏的打開方式一共有六種：

• r:以只讀方式打開
• r+:以讀寫的方式打開，寫數據的話從文件的起始處開始
• w:以只寫的方式打開，如果文件不存在，則創建該文件
• w+:以讀寫的方式打開，如果文件中已有數據，則刪除原數據，如果文件不存在，則創建該文件
• a:以追加的方式寫
• a+:以追加的方式寫，如果文件不存在，則創建，如果文件存在，則清空文件開始寫

讀寫數據

#include<stdio.h>
size_t fread(void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *stream)；

size_t fwrite(void *ptr,size_t size,size_t nmemb,FILE *stream);
返回值：讀取的字節數
參數：
void *ptr:將數據讀到哪個地方
size:這個類型的數據大小
nmemb:一共要讀多少個這個類型的數據
stream:從哪裏讀數據

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
    FILE* fp = fopen("myfile","w");
    if(!fp)
    {
        printf("fopen error\n");
    }
    const char *msg = "hello world\n";
    int count = 5;
    while(count--)
    {
       fwrite(msg,strlen(msg),1,fp);
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

調用fwrite創建了一個myfile文件，然後往裏面寫了五條hello world。

接下來再調用fread函數從myfile文件中讀出這五條數據來。
代碼如下：

#include<stdio.h>
#include<string.h>

int main()
{
    FILE* fp = fopen("myfile","r");
    if(!fp)
    {
        printf("fopen error\n");
    }
    char buf[1024];
    const char *msg = "hello,bit!\n";

    while(1)
    {
        size_t s = fread(buf,1,strlen(msg),fp);
        if(s > 0)
        {
            buf[s] = 0;
            printf("%s",buf);
        }
        if(feof(fp))
            break;
    }
    fclose(fp);
    return 0;
}

先從myfile文件中將數據讀到buf中，然後輸出buf。

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linux下的文件I/O

操作Linux下的文件，首先要明白文件描述符，因爲對文件的任何操作都是通過文件描述符來進行的。

系統默認打開的三個文件描述符：

stdin:標準輸入
stdout:標準輸出
syrerr：標準錯誤

在內核中，這三個文件描述符是被就是FILE*類型的。

新文件的文件描述符從最低位的不爲空的開始累加。

這裏用一段代碼演示一下:

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

int main()
{
    close(1);//關閉標準輸出的文件描述符
    int fd = open("myfile",O_WRONLY|O_CREAT，0666);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    printf("fd:%d\n",fd);
    fflush(stdout);

    close(fd);
    return 0;
}

可以發現使用printf函數打印的話，沒有輸出到標準輸出屏幕上，而是寫到了myfile這個文件裏，就是因爲關閉了1這個文件描述符後，我們打開時創建的myflie文件拿到了1這個文件描述符，而printf函數只認文件描述符。

修改文件描述符的函數：

int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd,int newfd)；

文件操作函數：

打開文件

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

返回值：文件描述符
參數：
    pathname：文件的路徑
    flags:打開方式
        1、O_RDONLY:只讀打開
        2、O_WRONLY:只寫打開
        3、O_RDWR:讀寫打開
    這三個常量，必須指定一個且只能是一個
        4、O_CREAT:若文件不存在，則創建，需要只能mode來指明新文件的權限
        5、O_ARREND：追加寫
    mode：文件的初始權限

關閉文件函數：

int close(int fd);
直接給定要關閉的文件的文件描述符即可

像上圖一樣，所有的文件描述符都是在一個下標從0開始的數組裏，所以是佔有內核資源的，如果只打開而不關閉的話，肯定會造成資源浪費，最終導致系統資源耗盡。

文件寫入函數：

ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t count);
返回值：ssize_t是一個有符號的長整型，寫入失敗返回-1，寫入成功返回寫入的字節數
參數：
    fd:所要操作的文件的文件描述符
    buf:將數據往哪裏寫
    count:一次寫入的字節數

文件寫入函數

ssize_t read(int fd,void *buf,siza_t count)
返回值：和write函數類似，讀數據失敗返回-1，成果返回讀出的字節數
參數：
    fd:所要操作的文件的文件描述符
    buf:將數據往哪裏讀
    count:一次讀出的字節數

最後再來看一個現象總結一下：

#include<stdio.h>


int main()
{
    const char *msg1 = "Hello,printf!\n";
    const char *msg2 = "Hello,fwrite!\n";
    const char *msg3 = "Hello,write!\n";

    printf("%s",msg1);
    fwrite(msg2,strlen(msg2),1,stdout);
    write(1,msg3,strlen(msg3));
    fork();
    return 0;
}

同時使用printf，fwrite,write三個函數往標準輸出屏幕上寫一句話。

發現輸出到標準輸出上沒毛病，就是三條結果。

再讓他們輸出到文件裏看下效果：

輸出到文件裏竟然變成了五條結果:
而且發現是printf個fwrite兩個輸出了兩次，解釋一下：

1. 標準輸出採用的是行緩衝機制
2. 文件內採用的是全緩衝機制
3. write是立即輸出，不會經過緩衝區
4. 子進程會拷貝父進程的緩衝區

當寫入文件內時，由於文件採用全緩衝機制，所以printf和fwrite兩條輸出在緩衝區裏還有一份，而fork出來的子進程會拷貝父進程的緩衝區，所以這兩條打印了兩次。

以上就是關於文件I/O的一點小小總結。