Linux应用编程之——文件IO
在Linux系统中有一个重要的概念：一切皆文件，它把一切资源都看作是文件，包括硬件设备，通常称为设备文件。前面我们也尝试过通过脚本读写文件的方式，实现了对硬件的访问。所以如果不了解Linux的文件操作，那想要点亮开发板的LED灯都费劲！对Linux文件IO的处理，这意味着程序完全可以像使用文件那样使用磁盘文件，串口，打印机等等。
文件IO操作示意图
在Linux下，一个与文件操作相关的应用程序结构如下所示。
上图解构如下：
应用层指用户编写的程序，如我们的hello.c。
GNU C库（glibc）即C语言标准库，例如在编译器章节介绍的libc.so.6文件，它 包含了printf、malloc，以及本章使用的fopen、fread、fwrite等文件操作函数。
用户程序和glibc库都是属于用户空间的，本质都是用户程序。
应用层的程序和glibc可能会调用到”系统调用层（SCI）”的函数，这些函数 是Linux内核对外提供的函数接口，用户通过这些函数向系统申请操作。例如，C库 的printf函数使用了系统的vsprintf和write函数，C库的fopen、fread、fwrite分别 调用了系统的open、read、w rite函数，具体可以阅读glibc的源码了解。
由于文件系统种类非常多，跟文件操作相关的open、read、write等函数经过虚 拟文件系统层，再访问具体的文件系统。
总的来说，为了使不同的文件系统共存， Linux内核在用户层与具体文件 系统之前增加了虚拟文件系统中间层，它对复杂的系统进行抽象化，对用户提供了统 一的文件操作接口。无论是ext2/3/4、FAT32、NTFS存储的文件，还是/proc、/sys提供 的信息还是硬件设备，无论内容是在本地还是网络上，都使用 一样的open、read、write来访问，使得”一切皆文件”的理念被实现，这也正是软件中间层的魅力。
常用文件操作（C标准库）
通用的C标准库接口访问文件，标准库实际是对系统调用再次进行了封装。使用C标准库编写的代码，能方便地在不同的系统上移植。
操作系统的核心部分，即内核，是由一组设备驱动程序组成。他们是一组对系统硬件进行控制的底层接口，为了向用户提供一个一致的接口，其封装了所有与硬件相关的特性。
fopen详解：
在这里说一句，在开发的问题的时候，遇到不熟悉的函数，一定要使用man手册，而不是老是在网上找答案。
fopen库函数用于打开或创建文件，返回相应的文件流。
#include <stdio.h>
FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
pathname参数用于指定要打开或创建的文件名。
mode参数用于指定文件的打开方式，注意该参数是一个字符串，输入时需要带双引号：
“r”：以只读方式打开，文件指针位于文件的开头。
“r+”：以读和写的方式打开，文件指针位于文件的开头。
“w”：以写的方式打开，不管原文件是否有内容都把原内容清空掉，文件指针位于文件的开头。
“w+”： 同上，不过当文件不存在时，前面的”w”模式会返回错误，而此处的”w+”则会创建新文件。
“a”：以追加内容的方式打开，若文件不存在会创建新文件，文件指针位于文件的末尾。与”w+”的区别是它不会清空原文件的内容而是追加。
“a+”：以读和追加的方式打开，其它同上。
fopen的返回值是FILE类型的文件文件流，当它的值不为NULL时表示正常，后续的fread、fwrite等函数可通过文件流访问对应的文件。
fread详解：
fread库函数用于从文件流中读取数据。
#include <stdio.h>
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
fread的返回值为成功读取的项数（项的单位为size）。
fwrite详解：
fwrite库函数用于把数据写入到文件流。
#include <stdio.h>
size_t fwrite(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
它的操作与fread相反，把ptr数组中的内容写入到stream文件流，写入的项数为nmemb，每项 大小为size，返回值为成功写入的项数（项的单位为size）。
fclose详解：
fclose库函数用于关闭指定的文件流，关闭时它会把尚未写到文件的内容都写出。
因为标准 库会对数据进行缓冲，所以需要使用fclose来确保数据被写出。
#include <unistd.h>
int close(int fd);
它的操作与fread相反，把ptr数组中的内容写入到stream文件流，写入的项数为nmemb，每项 大小为size，返回值为成功写入的项数（项的单位为size）。
fflush详解：
fflush函数用于把尚未写到文件的内容立即写出。常用于确保前面操作的数据被写 入到磁盘上。
fclose函数本身也包含了fflush的操作
#include <unistd.h>
int fflush(FILE *stream);
fseek详解：
fseek函数用于设置下一次读写函数操作的位置。
#include <unistd.h>
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
其中的offset参数用于指定位置，whence参数则定义了offset的意义，whence的可取值如下：
SEEK_SET：offset是一个绝对位置。
SEEK_END：offset是以文件尾为参考点的相对位置。
SEEK_CUR：offset是以当前位置为参考点的相对位置。
文件操作（系统调用）
Linux提供的文件操作系统调用常用的有open、write、read、lseek、close等。
别人或许会问，为什么上面是fopen，这里确实open呢？
open 是系统调用 返回的是文件句柄，文件的句柄是文件在文件描述副表里的索引，fopen是C的库函数，返回的是一个指向文件结构的指针。
open是linux下的底层系统调用函数，fopen与freopen c/c++下的标准I/O库函数，带输入/输出缓冲。
一般用fopen打开普通文件，用open打开设备文件，fopen是标准c里的,而open是linux的系统调用.他们的层次不同.fopen可移植,open不能。
open详解：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
Linux使用open函数来打开文件，并返回该文件对应的文件描述符。函数参数的具体说明如下：
pathname：要打开或创建的文件名；
flag：指定文件的打开方式，具体有以下参数，见下表 flag参数值。
表 flag参数值
标志位 含义
O_RDONLY 以只读的方式打开文件，该参数与O_WRONLY和O_RDWR只能三选一
O_WRONLY 以只写的方式打开文件
O_RDWR 以读写的方式打开文件
O_CREAT 创建一个新文件
O_APPEND 将数据写入到当前文件的结尾处
O_TRUNC 如果pathname文件存在，则清除文件内容
C库函数fopen的mode参数与系统调用open的flags参数有如下表中的等价关系。
表 fopen的mode与open的flags参数关系
fopen的mode参数 open的flags参数
r O_RDONLY
w O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC
a O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND
r+ O_RDWR
w+ O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC
a+ O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND
mode：当open函数的flag值设置为O_CREAT时，必须使用mode参数来设置文件 与用户相关的权限。mode可用的权限如下表所示，表中各个参数可使用”| “来组 合。
表 文件权限
\ 标志位 含义
当前用户 S_IRUSR 用户拥有读权限
\ S_IWUSR 用户拥有写权限
\ S_IXUSR 用户拥有执行权限
\ S_IRWXU 用户拥有读、写、执行权限
当前用户组 S_IRGRP 当前用户组的其他用户拥有读权限
\ S_IWGRP 当前用户组的其他用户拥有写权限
\ S_IXGRP 当前用户组的其他用户拥有执行权限
\ S_IRWXG 当前用户组的其他用户拥有读、写、执行权限
其他用户 S_IROTH 其他用户拥有读权限
\ S_IWOTH 其他用户拥有写权限
\ S_IXOTH 其他用户拥有执行权限
\ S_IROTH 其他用户拥有读、写、执行权限
read详解：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
read函数用于从文件中读取若干个字节的数据，保存到数据缓冲区buf中，并返 回实际读取的字节数，具体函数参数如下：
fd：文件对应的文件描述符，可以通过fopen函数获得。另外，当一个程序 运行时，Linux默认有0、1、2这三个已经打开的文件描述符，分别对应了标准输入、标准输出、标准错误输出，即可以直接访问这三种文件描述符；
buf：指向数据缓冲区的指针；
count：读取多少个字节的数据。
write详解：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
write函数用于往文件写入内容，并返回实际写入的字节长度，具体函数参数如下：
fd：文件对应的文件描述符，可以通过fopen函数获得。
buf：指向数据缓冲区的指针；
count：往文件中写入多少个字节
close详解：
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int close(int fd);
当我们完成对文件的操作之后，想要关闭该文件，可以调用close函数，来关闭该fd文件描述符对应的文件。
lseek详解：
lseek函数可以用与设置文件指针的位置，并返回文件指针相对于文件头 的位置。
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
它的用法与flseek一样，其中的offset参数用于指定位置，whence参数则定义了offset的意义，whence的可取值如下：
SEEK_SET：offset是一个绝对位置。
SEEK_END：offset是以文件尾为参考点的相对位置。
SEEK_CUR：offset是以当前位置为参考点的相对位置。