文件IO
2021 年 03 月 09 日 180 1782 字 暂无评论

01.标准C库IO函数

02.标准C库IO和Linux系统IO的关系

03.虚拟地址空间

04.文件描述符

05.Linux系统IO函数

5.1 open、close函数

/*
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>

    // 打开一个已经存在的文件
    int open(const char *pathname, int flags);
        参数:
            - pathname:要打开的文件路径
            - flags:对文件的操作权限设置还有其他的设置
              O_RDONLY,  O_WRONLY,  O_RDWR  这三个设置是互斥的
        返回值:返回一个新的文件描述符,如果调用失败,返回-1

    errno:属于Linux系统函数库,库里面的一个全局变量,记录的是最近的错误号。

    #include <stdio.h>
    void perror(const char *s);作用:打印errno对应的错误描述
        s参数:用户描述,比如hello,最终输出的内容是  hello:xxx(实际的错误描述)
    

    // 创建一个新的文件
    int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {

    // 打开一个文件
    int fd = open("a.txt", O_RDONLY);

    if(fd == -1) {
        perror("open");
    }
    // 读写操作

    // 关闭
    close(fd);

    return 0;
}
  • 用open创建文件
/*
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>

    int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
        参数:
            - pathname:要创建的文件的路径
            - flags:对文件的操作权限和其他的设置
                - 必选项:O_RDONLY,  O_WRONLY, O_RDWR  这三个之间是互斥的
                - 可选项:O_CREAT 文件不存在,创建新文件
            - mode:八进制的数,表示创建出的新的文件的操作权限,比如:0775
            最终的权限是:mode & ~umask
            0777   ->   111111111
        &   0775   ->   111111101
        ----------------------------
                        111111101
        按位与:0和任何数都为0
        umask的作用就是抹去某些权限。

        flags参数是一个int类型的数据,占4个字节,32位。
        flags 32个位,每一位就是一个标志位。

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

int main() {

    // 创建一个新的文件
    int fd = open("create.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0777);

    if(fd == -1) {
        perror("open");
    }

    // 关闭
    close(fd);

    return 0;
}

5.2 read、write函数

/*  
    #include <unistd.h>
    ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
        参数:
            - fd:文件描述符,open得到的,通过这个文件描述符操作某个文件
            - buf:需要读取数据存放的地方,数组的地址(传出参数)
            - count:指定的数组的大小
        返回值:
            - 成功:
                >0: 返回实际的读取到的字节数
                =0:文件已经读取完了
            - 失败:-1 ,并且设置errno

    #include <unistd.h>
    ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
        参数:
            - fd:文件描述符,open得到的,通过这个文件描述符操作某个文件
            - buf:要往磁盘写入的数据,数据
            - count:要写的数据的实际的大小
        返回值:
            成功:实际写入的字节数
            失败:返回-1,并设置errno
*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main() {

    // 1.通过open打开english.txt文件
    int srcfd = open("english.txt", O_RDONLY);
    if(srcfd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 2.创建一个新的文件(拷贝文件)
    int destfd = open("cpy.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0664);
    if(destfd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 3.频繁的读写操作
    char buf[1024] = {0};
    int len = 0;
    while((len = read(srcfd,buf,sizeof(buf))) > 0){
        write(destfd,buf,len);
    }

    // 4.关闭文件
    close(destfd);
    close(srcfd);


    return 0;
}

5.3 fseek、lseek函数

/*  
    标准C库的函数
    #include <stdio.h>
    int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

    Linux系统函数
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
        参数:
            - fd:文件描述符,通过open得到的,通过这个fd操作某个文件
            - offset:偏移量
            - whence:
                SEEK_SET
                    设置文件指针的偏移量
                SEEK_CUR
                    设置偏移量:当前位置 + 第二个参数offset的值
                SEEK_END
                    设置偏移量:文件大小 + 第二个参数offset的值
        返回值:返回文件指针的位置


    作用:
        1.移动文件指针到文件头
        lseek(fd, 0, SEEK_SET);

        2.获取当前文件指针的位置
        lseek(fd, 0, SEEK_CUR);

        3.获取文件长度
        lseek(fd, 0, SEEK_END);

        4.拓展文件的长度,当前文件10b, 110b, 增加了100个字节
        lseek(fd, 100, SEEK_END)
        注意:需要写一次数据

*/

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

int main() {

    int fd = open("hello.txt", O_RDWR);

    if(fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 扩展文件的长度
    int ret = lseek(fd, 100, SEEK_END);
    if(ret == -1) {
        perror("lseek");
        return -1;
    }

    // 写入一个空数据
    write(fd, " ", 1);

    // 关闭文件
    close(fd);

    return 0;
}

5.4 模拟实现 ls -l 指令

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <pwd.h>
#include <grp.h>
#include <time.h>
#include <string.h>

// 模拟实现 ls -l 指令
// -rw-rw-r-- 1 nowcoder nowcoder 8 3月  3 15:48 a.txt
int main(int argc, char* argv[]) {

    // 判断输入的参数是否正确
    if(argc < 2) {
        printf("%s filename\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    // 通过stat函数获取用户传入的文件的信息
    struct stat st;
    int ret = stat(argv[1], &st);
    if(ret == -1) {
        perror("stat");
        return -1;
    }

    // 获取文件类型和文件权限
    char perms[11] = {0};   // 用于保存文件类型和文件权限的字符串

    switch(st.st_mode & S_IFMT) {
        case S_IFLNK:
            perms[0] = 'l';
            break;
        case S_IFDIR:
            perms[0] = 'd';
            break;
        case S_IFREG:
            perms[0] = '-';
            break; 
        case S_IFBLK:
            perms[0] = 'b';
            break; 
        case S_IFCHR:
            perms[0] = 'c';
            break; 
        case S_IFSOCK:
            perms[0] = 's';
            break;
        case S_IFIFO:
            perms[0] = 'p';
            break;
        default:
            perms[0] = '?';
            break;
    }

    // 判断文件的访问权限

    // 文件所有者
    perms[1] = (st.st_mode & S_IRUSR) ? 'r' : '-';
    perms[2] = (st.st_mode & S_IWUSR) ? 'w' : '-';
    perms[3] = (st.st_mode & S_IXUSR) ? 'x' : '-';

    // 文件所在组
    perms[4] = (st.st_mode & S_IRGRP) ? 'r' : '-';
    perms[5] = (st.st_mode & S_IWGRP) ? 'w' : '-';
    perms[6] = (st.st_mode & S_IXGRP) ? 'x' : '-';

    // 其他人
    perms[7] = (st.st_mode & S_IROTH) ? 'r' : '-';
    perms[8] = (st.st_mode & S_IWOTH) ? 'w' : '-';
    perms[9] = (st.st_mode & S_IXOTH) ? 'x' : '-';

    // 硬连接数
    int linkNum = st.st_nlink;
    

    // 文件所有者
    char * fileUser = getpwuid(st.st_uid)->pw_name;

    // 文件所在组
    char * fileGrp = getgrgid(st.st_gid)->gr_name;
// 文件大小
    long int fileSize = st.st_size;

    // 获取修改的时间
    char * time = ctime(&st.st_mtime);

    char mtime[512] = {0};
    //字符串拷贝
    strncpy(mtime, time, strlen(time) - 1);

    char buf[1024];
    sprintf(buf, "%s %d %s %s %ld %s %s", perms, linkNum, fileUser, fileGrp, fileSize, mtime, argv[1]);

    printf("%s\n", buf);

    return 0;
}

5.5 stat、lstat函数

/*
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <unistd.h>

    int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
        作用:获取一个文件相关的一些信息
        参数:
            - pathname:操作的文件的路径
            - statbuf:结构体变量,传出参数,用于保存获取到的文件的信息
        返回值:
            成功:返回0
            失败:返回-1 设置errno

    int lstat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
        参数:
            - pathname:操作的文件的路径
            - statbuf:结构体变量,传出参数,用于保存获取到的文件的信息
        返回值:
            成功:返回0
            失败:返回-1 设置errno

*/

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {

    struct stat statbuf;

    int ret = stat("a.txt", &statbuf);

    if(ret == -1) {
        perror("stat");
        return -1;
    }

    printf("size: %ld\n", statbuf.st_size);
    printf("mode: %d\n",statbuf.st_mode);

    return 0;
}

06.stat结构体

07.st_mode变量

08.文件属性操作函数

8.1 access函数

/*
    #include <unistd.h>
    int access(const char *pathname, int mode);
        作用:判断某个文件是否有某个权限,或者判断文件是否存在
        参数:
            - pathname: 判断的文件路径
            - mode:
                R_OK: 判断是否有读权限
                W_OK: 判断是否有写权限
                X_OK: 判断是否有执行权限
                F_OK: 判断文件是否存在
        返回值:成功返回0, 失败返回-1
*/

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {

    int ret = access("a.txt",F_OK);
    if(ret == -1)
    {
        perror("access");
        return -1;
    }
    printf("文件存在!\n");
    return 0;
}

8.2 chmod函数

/*
    #include <sys/stat.h>
    int chmod(const char *pathname, mode_t mode);
        修改文件的权限
        参数:
            - pathname: 需要修改的文件的路径
            - mode:需要修改的权限值,八进制的数
        返回值:成功返回0,失败返回-1

*/
#include <sys/stat.h>
#include <stdio.h>
int main() {

    int ret = chmod("a.txt", 0777);

    if(ret == -1) {
        perror("chmod");
        return -1;
    }

    return 0;
}

8.3 truncate函数

/*
    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>
    int truncate(const char *path, off_t length);
        作用:缩减或者扩展文件的尺寸至指定的大小
        参数:
            - path: 需要修改的文件的路径
            - length: 需要最终文件变成的大小
        返回值:
            成功返回0, 失败返回-1
*/

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>

int main() {

    int ret = truncate("b.txt", 5);

    if(ret == -1) {
        perror("truncate");
        return -1;
    }

    return 0;
}

09.目录操作函数

9.1 rename函数

/*
    #include <stdio.h>
    int rename(const char *oldpath, const char *newpath);

*/
#include <stdio.h>

int main() {

    int ret = rename("aaa", "bbb");

    if(ret == -1) {
        perror("rename");
        return -1;
    }

    return 0;
}

9.2 chdir函数

/*

    #include <unistd.h>
    int chdir(const char *path);
        作用:修改进程的工作目录
            比如在/home/zfh 启动了一个可执行程序a.out, 进程的工作目录 /home/zfh
        参数:
            path : 需要修改的工作目录

    #include <unistd.h>
    char *getcwd(char *buf, size_t size);
        作用:获取当前工作目录
        参数:
            - buf : 存储的路径,指向的是一个数组(传出参数)
            - size: 数组的大小
        返回值:
            返回的指向的一块内存,这个数据就是第一个参数

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

int main() {

    // 获取当前的工作目录
    char buf[128];
    getcwd(buf, sizeof(buf));
    printf("当前的工作目录是:%s\n", buf);

    // 修改工作目录
    int ret = chdir("/home/zfh/Linux/lesson13");
    if(ret == -1) {
        perror("chdir");
        return -1;
    } 

    // 创建一个新的文件
    int fd = open("chdir.txt", O_CREAT | O_RDWR, 0664);
    if(fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    close(fd);

    // 获取当前的工作目录
    char buf1[128];
    getcwd(buf1, sizeof(buf1));
    printf("当前的工作目录是:%s\n", buf1);
    
    return 0;
}

9.3 mkdir函数

/*
    #include <sys/stat.h>
    #include <sys/types.h>
    int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
        作用:创建一个目录
        参数:
            pathname: 创建的目录的路径
            mode: 权限,八进制的数
        返回值:
            成功返回0, 失败返回-1
*/

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

int main() {

    int ret = mkdir("aaa", 0777);

    if(ret == -1) {
        perror("mkdir");
        return -1;
    }

    return 0;
}

10.目录遍历函数

/*
    // 打开一个目录
    #include <sys/types.h>
    #include <dirent.h>
    DIR *opendir(const char *name);
        参数:
            - name: 需要打开的目录的名称
        返回值:
            DIR * 类型,理解为目录流
            错误返回NULL


    // 读取目录中的数据
    #include <dirent.h>
    struct dirent *readdir(DIR *dirp);
        - 参数:dirp是opendir返回的结果
        - 返回值:
            struct dirent,代表读取到的文件的信息
            读取到了末尾或者失败了,返回NULL

    // 关闭目录
    #include <sys/types.h>
    #include <dirent.h>
    int closedir(DIR *dirp);

*/
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int getFileNum(const char * path);

// 读取某个目录下所有的普通文件的个数
int main(int argc, char * argv[]) {

    if(argc < 2) {
        printf("%s path\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    int num = getFileNum(argv[1]);

    printf("普通文件的个数为:%d\n", num);

    return 0;
}

// 用于获取目录下所有普通文件的个数
int getFileNum(const char * path) {

    // 1.打开目录
    DIR * dir = opendir(path);

    if(dir == NULL) {
        perror("opendir");
        exit(0);
    }

    struct dirent *ptr;
    
    // 记录普通文件的个数
    int total = 0;

    while((ptr = readdir(dir)) != NULL) {

        // 获取名称
        char * dname = ptr->d_name;

        // 忽略掉. 和..
        if(strcmp(dname, ".") == 0 || strcmp(dname, "..") == 0) {
            continue;
        }
        // 判断是否是普通文件还是目录
        if(ptr->d_type == DT_DIR) {
            // 目录,需要继续读取这个目录
            char newpath[256];
            sprintf(newpath, "%s/%s", path, dname);
            total += getFileNum(newpath);
        }

        if(ptr->d_type == DT_REG) {
            // 普通文件
            total++;
        }
    }

    // 关闭目录
    closedir(dir);

    return total;
}

11.dirent结构体和d_type

12.dup、dup2函数

12.1 dup函数

/*
    #include <unistd.h>
    int dup(int oldfd);
        作用:复制一个新的文件描述符
        fd=3, int fd1 = dup(fd),
        fd指向的是a.txt, fd1也是指向a.txt
        从空闲的文件描述符表中找一个最小的,作为新的拷贝的文件描述符
*/

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


int main() {

    int fd = open("a.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);

    int fd1 = dup(fd);

    if(fd1 == -1) {
        perror("dup");
        return -1;
    }

    printf("fd : %d , fd1 : %d\n", fd, fd1);

    close(fd);

    char * str = "hello,world";
    int ret = write(fd1, str, strlen(str));
    if(ret == -1) {
        perror("write");
        return -1;
    }

    close(fd1);

    return 0;
}

12.2 dup2函数

/*
    #include <unistd.h>
    int dup2(int oldfd, int newfd);
        作用:重定向文件描述符
        oldfd 指向 a.txt, newfd 指向 b.txt
        调用函数成功后:newfd 和 b.txt 做close, newfd 指向了 a.txt
        oldfd 必须是一个有效的文件描述符
        oldfd和newfd值相同,相当于什么都没有做
*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>

int main() {

    int fd = open("1.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);
    if(fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    int fd1 = open("2.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0664);
    if(fd1 == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    printf("fd : %d, fd1 : %d\n", fd, fd1);

    int fd2 = dup2(fd, fd1);
    if(fd2 == -1) {
        perror("dup2");
        return -1;
    }

    // 通过fd1去写数据,实际操作的是1.txt,而不是2.txt
    char * str = "hello, dup2";
    int len = write(fd1, str, strlen(str));

    if(len == -1) {
        perror("write");
        return -1;
    }

    printf("fd : %d, fd1 : %d, fd2 : %d\n", fd, fd1, fd2);

    close(fd);
    close(fd1);

    return 0;
}

13.fcntl函数

/*

    #include <unistd.h>
    #include <fcntl.h>

    int fcntl(int fd, int cmd, ...);
    参数:
        fd : 表示需要操作的文件描述符
        cmd: 表示对文件描述符进行如何操作
            - F_DUPFD : 复制文件描述符,复制的是第一个参数fd,得到一个新的文件描述符(返回值)
                int ret = fcntl(fd, F_DUPFD);

            - F_GETFL : 获取指定的文件描述符文件状态flag
              获取的flag和我们通过open函数传递的flag是一个东西。

            - F_SETFL : 设置文件描述符文件状态flag
              必选项:O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR 不可以被修改
              可选性:O_APPEND, O)NONBLOCK
                O_APPEND 表示追加数据
                NONBLOK 设置成非阻塞
        
        阻塞和非阻塞:描述的是函数调用的行为。
*/

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

int main() {

    // 1.复制文件描述符
    // int fd = open("1.txt", O_RDONLY);
    // int ret = fcntl(fd, F_DUPFD);

    // 2.修改或者获取文件状态flag
    int fd = open("1.txt", O_RDWR);
    if(fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }

    // 获取文件描述符状态flag
    int flag = fcntl(fd, F_GETFL);
    if(flag == -1) {
        perror("fcntl");
        return -1;
    }
    flag |= O_APPEND;   // flag = flag | O_APPEND

    // 修改文件描述符状态的flag,给flag加入O_APPEND这个标记
    int ret = fcntl(fd, F_SETFL, flag);
    if(ret == -1) {
        perror("fcntl");
        return -1;
    }

    char * str = "nihao";
    write(fd, str, strlen(str));

    close(fd);

    return 0;
}

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