Linux笔记 --- IO编程之文件操作

文件操作

系统IO

打开、关闭

读写

调整读写位置

复制文件描述符

文件操作

对一个文件来说有两种不同的操作方式，既可以使用由操作系统提供的编程接口（API），即系统调用，也可以使用标准C库提供的标准IO函数

在几百个Linux 系统调用中，有一组函数是专门针对文件操作的，比如打开文件、关闭文件、读写文件等，这些系统调用接口就被称为"系统IO"，相应地，在几千个标准C库函数中，有一组函数也是专门针对文件操作的，被称为"标准IO"，他们是工作在不同层次，但都是为应用程序服务的函数接口。

下面我们来逐一对系统IO函数和标准IO函数中最重要最常用的接口进行详细剖析，理解他们的异同，以便于在程序中恰当地使用他们。

系统IO

我们首先使用几个简单的函数进行举例

打开、关闭

此表确实一个flags参数，O_CREAT，创建文件，如果使用了这个参数则要指定mode的值

使用系统调用open（）需要注意的问题有：

1，flags的各种取值可以用位或的方式叠加起来，比如创建文件的时候需要满足这样的选项：读写方式打开，不存在要新建，如果存在了则清空他。那么此时指定的flags的取值应该是：O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC 。

2，mode是八进制权限，比如0644，或者0755等，具体值有表参考。

3，它可以用来打开普通文件、块设备文件、字符设备文件、链接文件和管道文件，但只能用来创建普通文件，每一种特殊文件的创建都有其特定的其他函数。

4，其返回值就是一个代表这个文件的描述符，是一个非负整数。这个整数将作为以后任何系统IO函数对其操作的句柄，或称入口。

close函数只需要提供一个文件描述即可使用关闭biaozhun件

cpp 复制代码

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int fd = open("open.txt",O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY,0644);
    printf("%d\n",fd);

    close(fd);
    return 0;
}

此处结果打印为3，代表第四个文件，012分别代表标准输入、标准输出、标准出错，通常用STDIN_FILNO、STDOUT_FILENO、STDERR_FILENO进行代替

那么，这个所谓的文件描述符究竟是什么玩意儿呢？其实他是一个数组的下标值，在内核中打开的文件是用 file 结构体来表示的，每一个结构体都会有一个指针来指向他们，这些指针被统一存放在一个叫做 fd_array 的数组当中，而这个数组被存放在一个叫做 files_struct 的结构体中，该结构体是进程控制块 task_struct 的重要组成部分。他们的关系如图所示。

上图中task_struct 被称为进程控制块(Process Control Block),是程序运行时在内核中的实现形式。它里面包含了一个进程在运行时的所有信息，当然就包括了进程在运行过程中所打开文件的信息，这些信息被一个files指针加以统一的管理，files 指针所指向的结构体files_struct{}里面的数组fd_array[]是一个指针数组，用户空间每一次调用open（）都会使得内核实例化一个file{}结构体并将一个指向该结构体的指针依次存放在fd_array[]中，并且该指针所占据的数组下标将作为所谓的"文件描述符（file descriptor）"返回给用户空间的调用者，这就是为什么文件描述符是非负整数的原因。

读写

这两个函数都非常容易理解，需要特别注意的是：

1，实际的读写字节数要通过返回值来判断，参数count只是一个"愿望值"。

2，当实际的读写字节数小于count时，有以下几种情形：

A）读操作时，文件剩余可读字节数不足count

B）读写操作期间，进程收到异步信号。

3，读写操作同时对f_pos起作用。也就是说，不管是读还是写，文件的位置偏移量（即内核中的f_pos）都会加上实际读写的字节数，不断地往后偏移。因此连续的对同一个目标文件进行写操作和读操作会无法读取数据

调整读写位置

针对上面的第三点问题，我们可以使用下面这个函数对普通文件的读写位置进行手动调整

从效果来看，我们不仅可以通过lseek（）来调整当前文件偏移量，甚至还可以可以将位置偏移量调整到文件之外，形成一个空洞，这种特性其实是非常重要的，它提供了可以在不同地方同时写一个文件的可能，对于一个较大的文件而言，我们可以通过在文件中定位到一个指定的地方，让多个进程同时在不同的偏移量处写入文件数据。

复制文件描述符

对于dup来说复制的目标作为返回值返回，dup2则可以通过newfd指定复制后的存放描述符，如果这个指定的描述符已经存在则覆盖

复制原有的文件描述符相当于对文件描述符进行一次重定向

多功能函数

ioctl函数中存放了大量的除了读和写以外的功能，但是因为没有统一规范因此被称为"垃圾桶"，而fcntl函数则是对其进行规范化后的函数，因此不到万不得已不要轻易使用ioctl函数

这两个都是变参函数，先来看下 ioctl（），其 request是一个由底层驱动提供的命令字，一些通用的命令字被放置在**头文件/usr/include/asm-generi/ioctls.h(不同的系统存放位置也许不同）**中，后面的变参也由前面的request命令字决定。比如调整文件为异步工作模式：

cpp 复制代码

int on =1;

ioctl(fd, FIOASYNC, &on);

上述代码将fd对应的文件的工作模式设置为所谓的异步方式，FIOASUNC就是其中的一个通用的命令字，而后续的变量on则是其所需要的对应的值。这个操作也可以用fcntl（）来达到：

cpp 复制代码

fcntl(fd, F_SETFL, O_ASYNC);

对于fcntl（）而言，其第二个参数命令字cmd有很多，具体查看手册及教程，《LINUX环境编程图文指南》P357

内存映射

该函数在进程的虚拟内存空间中映射出一块内存区域，用于对应指定的一个文件，该内存上的数据跟指定文件的数据一一对应，并在一开始使用文件的内容对这块内存进行初始化