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linux下的文件操作包括两种,一种是使用C函数,一种是使用系统调用。
- gcc 常用来实现c程序的编译
- gcc filename.c 编译,链接(自动)后输出可执行文件a.out
- 只是输入
./a.out
就可以执行filename程序- gcc -o filename filename.o 可以生成一个filename的可执行文件,直接执行filename就可以直接执行代码中的内容(与上一条相比,只是执行输出的名称)
- gcc -S filename.c 可以生成一个filaname.s的汇编文件,汇编文件与底层执行时一一对应的,可以用来调试
- gcc -O 可以用来编译优化,但是不是所有情况下都可以做编译优化。
- 还可以使用
gcc -c filename.c
和gcc -o filename filename.o
分步编译、链接
文件操作函数
文件操作函数包括fopen、fgetc、fputc函数等,这是标准的C函数
c
// 把file.in中给的内容输出给file.out
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
int c;
FILE *in,*out;//定义两个文件指针类型
in=fopen("file.in","r");//以只读的方式打开file.in文件,成功后返回文件指针in
out=fopen("file.out","w");//以只写的方式打开file.out文件,成功后返回文件out
while((c=fgetc(in))!=EOF)//从in文件中读,把读出来的数据写到out中
fputc(c,out);
fclose(in);
fclose(out);
exit(0);
}
-
FILE * fopen(char *path,char *mode)
,第一个参数表示路径,第二个参数表示模式,fopen的返回值是一个文件指针,如果文件打开失败则返回一个NULL,可以使用fclose()函数关闭文件:- 模式包括<r,w,a>
r
表示以只读的方式打开,文件指针指向了文件的起始位置,r表示的文件必须存在。w
表示以写入的方式打开,如果文件不存在则创建文件,如果文件存在则先清空文件。a
表示以追加模式打开,对一个文件的写入,如果文件不存在就创建文件,如果文件存在就在文件末尾追加内容。- 如果后面有
+
表示可读写; - 如果后面有
b
表示打开的是二进制文件 - 如果后面有
t
表示打开的是文本文件。
-
char *fgets(char *s,int size,FILE *stream)
表示从指定的文件中读下一个字符,返回一个没有符号的字符,或者EOF(end of file),需要读的文件必须是读或者读写的方式打开的,并且文件存在。 -
fputc(char c,FILE * fp)
把内容写入到指定文件。 -
可以使用
diff file.in file.out
比较两个文件的内容,没有输出表示两个文件一模一样。 -
fclose
,最重要的是把文件从内存中写回磁盘。
为了程序的健壮性,可以把以上的文件改为以下,防止读的文件没有权限或者不存在
c
// 把file.in中给的内容输出给file.out
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
int c;
FILE *in,*out;//定义两个文件指针类型
if((in=fopen("file.in","r"))==NULL){//以只读的方式打开file.in文件,成功后返回文件指针in
print("file.in文件不存在!")
return 0;
}
out=fopen("file.out","w");//以只写的方式打开file.out文件,成功后返回文件out
while((c=fgetc(in))!=EOF)//从in文件中读,把读出来的数据写到out中
fputc(c,out);
exit(0);
}
文件系统调用
文件描述符以及open、read、write
c
#include<unistd.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
char block[1024];
int in,out;
int nread;
if((in=open("file.in",O_RDONLY))==-1){// 3
print("文件打开错误!");
return 0;}
out=open("file.out",O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR);// 4
while((nread=read(in,block,sizeof(block)))>0)
write(out,block,nread);
return 0;
}
-
int open(constchar*pathname,int flags,mode_t mode);
如果成功则返回一个文件描述符(integer,小的非负整数且没有被使用过),否则返回-1;对于open函数来说,第三个参数当且仅当创建新文件(使用O_RDONLY)才是用,用于指定文件的访问权限,比如权限为777;pathname表示要打开或者创建的文件的路径名;flags表示指定文件的打开模式,flags的值包括以下,打开或者创建文件时,至少要使用一个以下命令:- O_RDONLY:只读模式
- O_WRONLY:只写模式
- O_RDWR:读写模式
- O_CREAT:文件不存在时创建文件
-
mode的值包括以下
- S_IRUSR:允许文件的所有者阅读它
- S_IWUSR:允许文件所有者写它
- S_IRGRP:允许文件组读取它
- S_IWGRP: 允许文件组编写它
linux下任何一个进程都有3个默认打开的文件描述符:0表示标准输入(键盘),1表示标准输出(显示器),2表示标准错误输出(显示器)
-
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
表示读取指定字节数的数据到缓冲区buff中,同时文件的当前位置向后移动;读取成功返回读取的字节数,出错返回-1并且设置errno,如果在调用read之前已经到达文件末尾则返回0(例如,距文件末尾还有30个字节而请求读100个字节,则read返回30,下次read将返回0); -
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
成功返回写入的字节数,出错返回-1并设置errno写常规文件时
系统调用与标准函数c的调用的区别
使用
time 文件路径
,可以知道文件运行所需要的时间使用
scrace 文件路径
,可以跟踪文件
-
使用fgetc或者fputc的时候,它底层的调用还是调用了read和write,但是在读取的时候做了一个系统的优化,也就是一次性读取了多个字节的内容,表面上看起来只读取一个字符,实际上底层中读取的是多个字节的字符。
-
注意系统调用这个读写位置和使用C标准I/O库时的读写位置有可能不同,这个读写位置是记在内核中的,而使用C标准I/O库时的读写位置是用户空间I/O缓冲区中的位置。比如用fgetc读一个字节,fgetc有可能从内核中预读1024个字节到I/O缓冲区中,再返回第一个字节,这时该文件在内核中记录的读写位置是1024,而在FILE结构体中记录的读写位置是1。
文件的读取位置
标准c函数
标准的c函数中,不可以对FILE的文件指针直接进行++,--,可以使用
fseek
函数来控制文件的读写指针。
-
int fseek(FILE *stream, long offset, int fromwhere);
重定位流上的文件指针,函数设置文件指针stream的位置。如果执行成功,stream将指向以fromwhere为基准,偏移offset个字节的位置。如果执行失败(比如offset超过文件自身大小),则不改变stream指向的位置;返回值: 成功,返回0,否则返回其他值;第一个参数stream为文件指针;第二个参数offset为偏移量,整数表示正向偏移,负数表示负向偏移;第三个参数origin设定从文件的哪里开始偏移,可能取值为:- SEEK_SET: 文件开头,用0表示
- SEEK_CUR: 当前位置,用1表示
- SEEK_END: 文件结尾,用2表示
-
fseek(fp,100L,0);把fp指针移动到离文件开头100字节处;
fseek(fp,100L,1);把fp指针移动到离文件当前位置100字节处;
ffseek(fp,-100L,2);把fp指针退回到离文件结尾100字节处。
系统调用
系统调用使用
lseek
来调用文件的文件位置,与c函数调用相比,c文件调用使用的是文件指针,而系统调用使用的是文件描述符号
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
fd表示函数描述符,参数含义与上面的c函数调用一致。
空洞文件
可以使用以上的fseek和lseek去创建一个空洞文件
① 空洞文件就是这个文件有一段是空的;
② 普通文件中间不能有空,write文件时从前往后移动文件指针,依次写入;
③ 用lseek往后跳过一段,就形成空洞文件;
④ 空洞文件对多线程共同操作文件非常有用。需要创建一个很大文件时,从头开始依次创建时间很长,可以将文件分成多段,多个线程操作每个线程负责其中一段的写入。
文件的内存映射操作
- mmap是一种内存映射文件的方法,即将一个文件或者其他的映射对象映射到进程的地址空间,实现文件磁盘地址和进程虚拟控件中一段虚拟地址的映射关系。实现这种映射关系之后,进程可以采用指针的方式读写操作这一段内存,而系统会自动回写脏页面到对应的文件磁盘上,也就是对文件的操作不必调用read或者write等系统调用函数,相同的,在内核空间内这一段的区域也直接改为用户空间,从而实现不同进程的文件的共享。
- 使用mmap进行映射,会得到一个磁盘和某一个文件的地址相同的地址,当往这个地址写内容的时候,内容会直接写到文件中,比正常的系统调用要少一次拷贝的过程。
-
正常调用写文件的流程图
-
mmp内存映射写文件的流程图
-
void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset)
第一个参数表示映射的地址,如果地址设置为NULL,内核会自动挑一个地址来进行映射;第二个参数表示映射有多长;第三个参数描述了要求的内存保护,包括PROT_EXEC,PROT_READ,PROT_WRITE,PROT_NONE;最后一个参数表明如果对内存进行修改能否被其他的进程看到,包括MAP_SHARED和MAP_PRIVATE。
c
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/mman.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>
typedef strucy{
int integer;
char string[24];
}RECORD;
#define NRECORDS(100)
int main(){
RECORD record,*mapped;
int i,f;
FILE *fp;
fp=fopen("records.dat","w+");
for(i=0;i<NRECORDS;i++){
record.integer=i;
sprintf(record.string,"RECORD-%d",i);
fwrite(&record,sizeof(record),1,fp);//写record的数据,长度为record的大小,写一次,写到fp文件中
}
fclose(fp);
fp=fopen("records.dat","r+");
fseek(fp,43*sizeof(record),SEEK_SET);
fread(&record,sizeof(record),1,fp);
//修改fp的数据
record.integer=143;
sprintf(record.string,"RECORD-%d",record.integer);
//修改后写回
fseek(fp,-1*sizeof(record),SEEK_CUR);
fwrite(&record,sizeof(record),1,fp);
fclose(fp);
//----------------------------------------------------------
//使用mmap
f=open("records.dat",O_RDWR);
mapped=(RECORD *)mmap(0,NRECORDS*sizeof(record),PROT_RDAD|PROT_WRITE,MAP_SHARED,f,0);//第一个参数0表示内核挑选映射的地址;第二个参数表示映射的大小;第三个参数表示权限,可读可写;第四个参数表示可以共享;第五个参数表示被映射的文件;第六个参数表示映射从文件起始的位置开始的偏移量。执行完成后,整个文件全部映射到内存中,相当于一个数组mapped
mapped[43],integer=243;
sprintf(mapped[43].string,"RECORD-%d",mapped[43].integer);//操作数组一样操作内存
msync((void*)mapped,NRECORDS*sizeof(record),MS_ASYNC);//把内存和辅存中的文件同步起来
munmap((void*)mapped,NRECORDS*sizeof(record));//解开映射
close(f);
return 0;
}
文件目录
文件目录对应的是文件的属性信息,FCB文件控制块,存放文件的属性信息;文件的属性信息与文件的实体不是存在在一个位置上的,把文件的属性信息存放在一个位置,这一类的文件叫做目录文件,也就是windows上的文件夹
c
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<dirent.h>
#include<string.h>
#include<sys/stat.h>
#include<stdlib.h>
void printdir(char *dir,int depth){
DIR *dp;
struct dirent *entry;
struct stat statbuf;
if((dp=opendir(dir))==NULL){
fprintf(stderr,"cannot open directory:%s\n",dir);
return;
}
chdir(dir);
while((entry=readdir(dp))!=NULL){
lstat(entry->d_name,&statbuf);
if(S_ISDIR(statbuf.st_mode)){
if(strcmp(".",entry->d_name)==0||strcmp("..",entry->d_name)==0)
continue;
printf("%*s%s/\n",depth,"",entry->d_name);
printdir(entry->d_name,depth+4);//递归调用,深度优先搜索
}
else printf("%*s%s\n",depth,"",entry->d_name);
}
chdir("..");
closedir(dp);
}
int main(){
printf("Directory scan of /home:\n");
printdir("/home",0);
printf("done\n");
return 0;
}