Linux系统编程内容
Linux 系统编程涵盖了众多方面的知识和技术：
1. 文件 I/O 操作：包括打开、读取、写入、关闭文件，以及处理文件的权限、属性等。
2. 进程管理：创建新进程、进程的终止、等待进程结束、进程的执行状态控制等。
3. 信号处理：接收和处理系统发送的各种信号，以响应特定的事件。
4. 线程编程：创建、同步和管理线程，实现多线程并发执行。
5. 进程间通信（IPC）：如管道、消息队列、共享内存、信号量等方式，实现不同进程之间的数据交换和协调工作。
6. 套接字编程：用于网络通信，实现客户端与服务器之间的数据传输。
7. 系统调用和库函数：熟练使用 Linux 提供的系统调用和相关的库函数来完成各种任务。
8. 内存管理：包括动态内存分配（如 malloc 和 free ）以及对内存映射文件的操作。
这些是 Linux 系统编程的核心内容，通过学习和实践这些方面，可以开发出高效、稳定的 Linux 应用程序。从今天开始就正式进入系统编程内容了
文件IO
1. 标准IO的概念
标准输入输出（I/O）是与计算机程序交互的基本方式。ISO C标准提供了一套标准的输入输出库，使程序能够方便地处理输入输出操作。
- **输入（I）**：在C语言中，通常情况下，标准输入设备是键盘。程序默认从键盘读取数据。Linux中，标准输入对应的设备为`/dev/input`。
- **输出（O）**：标准输出设备通常是显示器，程序默认将结果输出到屏幕。
在Linux操作系统中，I/O操作都是围绕文件进行的。标准I/O库是对文件I/O的封装，使得任何支持C语言的系统都能通用地处理文件存储。
标准I/O操作通常是针对普通文件的，它采用了缓冲机制。缓冲区位于文件I/O与用户程序之间，这种设计可以有效减少系统调用的次数，从而提高效率并节省IO调度资源。
2. 文件的概念及作用
在Linux及Unix-like操作系统中，一切皆文件。文件不仅存储数据，还可以存储指令和配置。在这种模型中，文件可以分为几种类型：
- **普通文件**：用于存储数据，比如文本文件和二进制文件。
- **目录文件**：用于组织文件系统中的其他文件。
- **设备文件**：用于与硬件设备交互，比如硬盘、打印机等。
文件在操作系统中扮演了重要的角色：
- **数据持久化**：文件可存储重要数据和状态，使其在程序结束后不丢失。
- **信息共享**：不同程序可以通过文件共享数据。
- **配置管理**：许多程序使用配置文件来设定选项和参数，便于用户调整行为。
通过标准I/O操作，程序可以方便地读写各种类型的文件，实现更复杂的数据处理和交互功能。
在Linux中，文件的类型有以下7种：
- "d" - 目录文件（directory file）
- "-" - 普通文件（regular file）
- "l" - 符号链接文件（symbolic link file）
- "p" - 命名管道文件（named pipe file）
- "s" - 套接字文件（socket file）
- "c" - 字符设备文件（character device file）
- "b" - 块设备文件（block device file）
其中，d表示目录文件，-表示普通文件，l表示符号链接文件，p表示命名管道文件，s表示套接字文件，c表示字符设备文件，b表示块设备文件。
关于IO的分类，有以下几种:
- 标准IO（Standard IO）：ANSI C设计的一组用文件IO封装的操作库函数，通过头文件stdio.h进行操作。
- 文件IO（File IO）：底层软件的系统调用，用于对文件进行读写操作。
- ASCII码数据流：以ASCII码作为数据流的文本流。
- 二进制数据流：以二进制数据作为数据流的二进制流。
文件流是通过FILE结构定义的对象，用FILE指针来表示。文件流可以理解为数据从文件中流入和流出所体现出来的字节流，它由文件的头部和尾部组成。
在Linux中，可以使用man命令来查看有关命令、系统调用函数和标准库函数的帮助信息。man命令后面跟着的数字表示查看的是哪个部分的帮助信息，例如man 1 xxx表示查看命令xxx的帮助信息，man 2 xxx表示查看系统调用函数xxx的帮助信息，man 3 xxx表示查看标准库函数xxx的帮助信息。
对于文件IO相关的标准库函数，可以使用stdio.h头文件来使用，该头文件位于/usr/include/stdio.h。标准库函数分为系统库函数和用户自定义函数，系统库函数的默认路径是/usr/include/，而用户自定义函数的默认路径是当前路径。例如，可以使用printf、scanf、getc等函数来进行标准输入输出的操作。
文件内容可以分为文本文件和二进制文件。文本文件是以ASCII码数据流的形式存储的文件，而二进制文件是以二进制数据流的形式存储的文件。
3.文件流（File stream）
文件流（File stream）是指将文件的读写操作视为数据流的形式。在编程中，文件流可以用于读取和写入文件中的数据。
文件流有两种类型：输入流和输出流。输入流用于从文件中读取数据，输出流用于向文件中写入数据。
使用文件流进行文件读写的过程如下：
1. 打开文件流：使用相应的编程语言提供的函数或方法，打开要读取或写入的文件，并创建文件流对象。
2. 读取或写入数据：使用文件流对象的读取或写入方法，进行数据的读取或写入操作。读取操作会从文件中读取一定数量的数据，写入操作会将指定的数据写入文件。
3. 关闭文件流：使用相应的编程语言提供的函数或方法，关闭文件流并释放相关资源。
文件流的优点是可以按照流的方式读取或写入文件，适合处理大文件或需要逐行读取的场景。文件流也可以按字节进行读写，适合处理二进制文件。
文件流在编程中广泛应用于文件读写、日志记录、数据备份等场景。常用的编程语言如C、C++、Java、Python等都提供了对文件流的支持。
4.相关函数
fopen
在 C 语言中， fopen 函数用于打开文件。
其函数原型为：
FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);- filename ：要打开的文件名（包括路径）。
- mode ：指定打开文件的模式，常见的模式有：
- "r" ：以只读方式打开文件，如果文件不存在则打开失败。
- "w" ：以只写方式打开文件，如果文件不存在则创建，如果存在则清空文件内容。
- "a" ：以追加方式打开文件，如果文件不存在则创建，写入的数据会添加到文件末尾。
- "r+" ：以读写方式打开文件，文件必须存在。
- "w+" ：以读写方式打开文件，如果文件不存在则创建，如果存在则清空文件内容。
- "a+" ：以读和追加方式打开文件，如果文件不存在则创建。
fopen 函数成功打开文件时返回一个 FILE 类型的指针，该指针用于后续对文件的读写操作。如果打开文件失败，则返回 NULL 。
在使用 fopen 后，务必在操作完成后使用 fclose 函数关闭文件，以释放相关资源。
例如：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
fp = fopen("example.txt", "w");
if (fp == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
// 在这里进行文件写入操作
fclose(fp);
return 0;
}
fclose
在 C 语言中， fclose 函数用于关闭一个之前通过 fopen 函数打开的文件。
其函数原型为：
int fclose(FILE *stream);stream 是指向要关闭的文件的 FILE 指针。
fclose 函数执行以下重要操作：
1. 刷新输出缓冲区中的数据，确保所有未写入的数据都被实际写入到文件中。
2. 释放与该文件相关的系统资源。
fclose 函数返回 0 表示成功关闭文件，返回 EOF （通常定义为 -1）表示关闭文件时发生错误。
例如：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp = fopen("test.txt", "w");
if (fp == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
// 写入一些数据
fprintf(fp, "这是一些测试数据");
// 关闭文件
if (fclose(fp) == EOF) {
printf("关闭文件时出错\n");
return 1;
}
return 0;
}fgetc
在 C 语言中， fgetc 函数用于从指定的文件流中读取一个字符。
其函数原型为：
int fgetc(FILE *stream);
stream 是指向要读取的文件流的 FILE 指针。
fgetc 函数从文件流中读取下一个字符，并将其作为 unsigned char 类型的值转换为 int 类型后返回。如果到达文件末尾或发生读取错误，它将返回 EOF （通常定义为 -1）。
以下是一个简单的示例，展示如何使用 fgetc 函数读取文件中的字符：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
char ch;
fp = fopen("example.txt", "r");
if (fp == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
while ((ch = fgetc(fp))!= EOF) {
putchar(ch);
}
fclose(fp);
return 0;
}
在这个示例中，不断使用 fgetc 函数读取文件中的字符，并通过 putchar 函数输出到屏幕上，直到遇到文件末尾。
fputc
在 C 语言中， fputc 函数用于将一个字符写入到指定的文件流中。
其函数原型为：
int fputc(int c, FILE *stream);
c 是要写入的字符（以 int 类型传递，实际存储的是字符的 ASCII 值）。 stream 是指向目标文件流的 FILE 指针。
fputc 函数返回写入的字符，如果发生错误则返回 EOF 。
以下是一个使用 fputc 函数向文件写入字符的示例：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
fp = fopen("output.txt", "w");
if (fp == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
fputc('H', fp);
fputc('e', fp);
fputc('l', fp);
fputc('l', fp);
fputc('o', fp);
fclose(fp);
return 0;
}
在这个示例中，依次向文件 "output.txt" 写入了字符 'H'、'e'、'l'、'l'、'o' 。
fgets
在 C 语言中， fgets 函数用于从指定的文件流中读取一行字符串。
其函数原型为：
char *fgets(char *str, int n, FILE *stream);- str ：指向用来存储读取字符串的字符数组。
- n ：指定读取的最大字符数（包括最后的 '\0' 字符）。
- stream ：指向要读取的文件流。
fgets 函数从文件流中读取最多 n - 1 个字符，并在读取的字符串末尾添加 '\0' 作为字符串结束标志。如果在达到 n - 1 个字符之前遇到换行符 '\n' 或文件结束标志，读取操作也会停止。
如果成功读取到字符串（包括读到空行）， fgets 函数返回 str ；如果遇到文件结束或发生错误，则返回 NULL 。
以下是一个示例代码：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
char str[100];
fp = fopen("example.txt", "r");
if (fp == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
if (fgets(str, sizeof(str), fp)!= NULL) {
printf("%s", str);
}
fclose(fp);
return 0;
}fputs
在 C 语言中， fputs 函数用于将一个字符串写入到指定的文件流中。
其函数原型为：
int fputs(const char *str, FILE *stream);- str ：要写入的字符串。
- stream ：指向目标文件流的 FILE 指针。
fputs 函数将字符串 str 写入到指定的文件流中，但它不会自动添加换行符。如果写入成功，函数返回一个非负值；如果发生错误，则返回 EOF 。
以下是一个简单的示例：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
fp = fopen("output.txt", "w");
if (fp == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
fputs("这是写入的字符串", fp);
fclose(fp);
return 0;
}fwrite
在 C 语言中， fwrite 函数用于将数据块写入到指定的文件流中。
其函数原型为：
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);- ptr ：指向要写入数据的指针。
- size ：每个数据项的大小（以字节为单位）。
- nmemb ：要写入的数据项的数量。
- stream ：指向目标文件流的 FILE 指针。
fwrite 函数返回实际写入的数据项的数量。如果返回值小于 nmemb ，则表示发生了错误。
以下是一个示例代码，展示如何使用 fwrite 函数写入数据：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};
fp = fopen("data.bin", "wb");
if (fp == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
size_t written = fwrite(data, sizeof(int), sizeof(data) / sizeof(int), fp);
if (written!= sizeof(data) / sizeof(int)) {
printf("写入错误\n");
}
fclose(fp);
return 0;
}
在这个示例中，将一个整数数组写入到二进制文件中。
fread
在 C 语言中， fread 函数用于从指定的文件流中读取数据块。
其函数原型为：
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);- ptr ：指向用于存储读取数据的内存缓冲区的指针。
- size ：每个数据项的大小（以字节为单位）。
- nmemb ：要读取的数据项的数量。
- stream ：指向要读取的文件流的 FILE 指针。
fread 函数返回实际读取到的数据项的数量。如果返回值小于 nmemb ，可能表示到达了文件末尾或者发生了错误。
以下是一个简单的示例，展示如何使用 fread 函数读取数据：
#include <stdio.h>
int main() {
FILE *fp;
int data[5];
fp = fopen("data.bin", "rb");
if (fp == NULL) {
printf("无法打开文件\n");
return 1;
}
size_t read = fread(data, sizeof(int), 5, fp);
if (read!= 5) {
printf("读取错误或未读取到完整数据\n");
}
fclose(fp);
// 打印读取到的数据
for (int i = 0; i < 5; i++) {
printf("%d ", data[i]);
}
printf("\n");
return 0;
}