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一.什么是文件IO
1.1 概念
在posix(可移植操作系统接口)中定义的一组输入输出的函数
文件IO又称系统IO，是系统调用，是操作系统提供的接口函数。
POSIX接口 （英语：Portable Operating System Interface）可移植操作系统接口
1.2 特点
- 没有缓冲机制，每次都会引起系统调用。
- 围绕文件描述符进行操作，非负整数(>=0)，依次分配。
- 文件IO默认打开三个文件描述符，分别是0(标准输入)、1(标准输出)和2(标准错误)。
- 操作除了目录d以外任意类型的文件b c - l s p
- 可移植性相对较差
问题：打开三个文件, 描述符分别是:3 4 5
关闭4以后，重新打开这个文件，描述符是几?
答: 还是4
问题：一个进程的文件描述符最大到几？最多能打开多少个文件描述符？最多能打开多少个文件?
答： 一个进程的文件描述符最大到1023 （0-1023）, 最多能打开1024个文件描述符, 最多能打开1021(1024-3)个文件。
1.3 操作
文件文件：open
关闭文件: close
读写操作: read和write
定位操作：lseek
二.函数接口
2.1 打开文件open()
man 2 open
O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR、O_CREAT、O_TRUNC、O_APPEND
w: O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
功能：打开文件
参数：pathname：文件路径名
flags：打开文件的方式
O_RDONLY：只读
O_WRONLY:只写
O_RDWR：可读可写
O_CREAT:不存在创建
O_TRUNC：存在清空
O_APPEND：追加
返回值：成功：文件描述符
失败：-1
当第二个参数中有O_CREAT选项时，需要给open函数传递第三个参数，指定创建文件的权限
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
最后权限 = mode &(~umask)
例如：指定权限为0666（8进制）
最终权限= 0666 & (~umask) = 0666 &(~0002) = 664
666 => 110 110 110
&775 111 111 101
664 110 110 100
思考：文件IO和标准IO的打开方式的对应关系
| 标准IO | 文件IO |
| r | O_RDONLY 只读 |
| r+ | O_RDWR 可读可写 |
| w | O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0777 只写，不存在创建，存在清空 |
| w+ | O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0777 可读可写，不存在创建，存在清空 |
| a | O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0777 只写，不存在创建，存在追加 |
| a+ | O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND, 0777 可读可写，不存在创建，存在追加 |
注意：O_CREAT需要指定第三个参数表示权限
2.2 关闭文件 close()
#include <unistd.h>
int close(int fd);
功能：关闭文件
参数：fd：文件描述符#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
int fd;
//1.打开文件
//fd = open("a.c", O_RDONLY); //r
fd = open("a.c", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666); //w
if (fd < 0)
{
perror("open err ");
return -1;
}
printf("fd: %d\n", fd);
//2.关闭文件
close(fd);
return 0;
}
2.3 读写文件
2.3.1 读文件 read()
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
功能：从一个已打开的可读文件中读取数据
参数： fd 文件描述符
buf 存放位置
count 期望的个数
返回值：成功：实际读到的个数（小于期望值说明实际没这么多）
返回0：表示读到文件结尾
返回-1：表示出错,并设置errno号
2.3.2 写文件 write()
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
功能：向指定文件描述符中，写入 count个字节的数据。
参数：fd 文件描述符
buf 要写的内容
count 期望写入字节数
返回值：成功：实际写入数据的个数
失败 ： -1
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
int fd;
char buf[32] = "";
//1.打开文件
fd = open("a.c", O_RDWR); //r+
if (fd < 0)
{
perror("open err ");
return -1;
}
printf("fd: %d\n", fd);
//2. 读写文件
read(fd, buf, 10); //文件中内容为:hello
printf("%s\n", buf); //hello
write(fd, "world", 5);
//3.关闭文件
close(fd);
return 0;
}
练习：cp功能
文件IO实现cp功能。cp 源文件 新文件名
./a.out src dest
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
int fd1, fd2;
if (argc != 3)
{
printf("err: %s <srcfile> <destfile>\n", argv[0]);
return -1;
}
//1.打开两个文件
fd1 = open(argv[1], O_RDONLY);
if (fd1 < 0)
{
perror("fd1 open err");
return -1;
}
fd2 = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0777);
if (fd2 < 0)
{
perror("fd2 open err");
return -1;
}
//2.循环读源文件，只要读到就写入目标
char buf[32] = "";
ssize_t n;
while ((n = read(fd1, buf, 32)) > 0)
write(fd2, buf, n);
//while (read(fd1, buf, 1) > 0) //或者
// write(fd2, buf, 1);
//3. 关闭两个文件
close(fd1);
close(fd2);
return 0;
}
2.4 文件定位操作
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
功能：设定文件的偏移位置
参数：fd：文件描述符
offset: 偏移量
正数：向文件结尾位置移动
负数：向文件开始位置
whence: 相对位置
SEEK_SET 开始位置
SEEK_CUR 当前位置
SEEK_END 结尾位置
补充：和fseek一样其中SEEK_SET,SEEK_CUR和SEEK_END和依次为0，1和2.
返回值：成功：文件的当前位置
失败：-1
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
int fd;
fd = open("a.c", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
perror("open err");
return -1;
}
//离开头后10个
lseek(fd, 10, SEEK_SET);
write(fd, "k", 1);
off_t off = lseek(fd, 0, SEEK_END);
printf("%ld\n", off);
return 0;
}
标准IO和文件IO总结
| 标准IO | 文件IO | |
| 概念 | 在C库中定义的一组用于输入输出的函数 | 在posix中定义的一组用于输入输出的函数 |
| 特点 |
|
|
| 函数 | 打开文件：fopen/freopen 关闭文件: flose 读文件:fgetc/fgets/fread 写文件:fputc/fputs/fwrite 定位操作: rewind/fseek/ftell | 打开文件: open 关闭文件: close 读文件: read 写文件: write 定位操作: lseek |
练习： 实现“head -n 文件名”命令的功能
思路：循环读，读到就累加行数，并且打印到终端，判断是否达到最后一行，达到就退出。
实现“head -n 文件名”命令的功能
例：head -3 test.c -> ./a.out -3 test.c
atoi: "123" -> 123(整型)
argv[1]： "-3" 的首地址
argv[1]+1: "3" 的首地址
atoi(argv[1]+1) ==> 3
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
if (argc != 3)
{
printf("err: %s -n <filename>\n", argv[0]); //./a.out -n <filename>
return -1;
}
FILE *fp = fopen(argv[2], "r");
if (fp == NULL)
{
perror("fopen err");
return -1;
}
//获取行数
int num = atoi(argv[1] + 1); // +1是为了向后偏移一个地址单位把-去掉获取到要打印的行数
char buf[32] = "";
int len = 0;
//循环读，然后数换行，打印到终端，如果是最后一行就退出
while (fgets(buf, 32, fp) != NULL)
{
if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n') //数换行
len++;
if (len > num) //达到行数就退出
break;
fputs(buf, stdout); //打印内容到终端
}
fclose(fp);
return 0;
}