C语言文件操作：标准库与系统调用实践

filename：要打开的文件的名称（包括路径，如果文件不在当前目录下）。
mode：打开文件的模式，决定了文件是以只读、只写、读写、追加等哪种方式被打开。模式字符串还可以包含字符 b，表示以二进制模式打开文件（在 Windows 上很重要，因为 Windows 默认以文本模式打开文件，可能会对换行符进行转换）。

常用的打开模式

"r"：只读模式。文件必须存在。
"w"：只写模式。如果文件存在，其内容会被清空；如果文件不存在，会创建新文件。
"a"：追加模式。如果文件存在，写入的数据会被追加到文件末尾；如果文件不存在，会创建新文件。
"r+"：读写模式。文件必须存在。
"w+"：读写模式。如果文件存在，其内容会被清空；如果文件不存在，会创建新文件。
"a+"：读写模式。如果文件存在，写入的数据会被追加到文件末尾，同时允许读取文件；如果文件不存在，会创建新文件。

返回值

成功时，返回一个指向 FILE 结构的指针，该指针用于后续的文件操作。
失败时，返回 NULL，并设置全局变量 errno 以指示错误类型。

fwrite函数

fwrite 函数是 C 语言标准库中的一个函数，用于将数据从内存写入到文件中。它是文件 I/O（输入/输出）操作的一部分，常用于二进制文件的写入。

函数原型

|---|----------------------------------------------------------------------------|
| | size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream); |

参数

ptr：指向要写入文件的数据的指针。这通常是一个数组或内存块的地址。
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 FILE 结构的指针，该指针标识了目标文件流。这个指针通常是通过 fopen 函数获得的。

返回值

成功时，返回实际写入的数据项的数量。这个值通常与 nmemb 相同，除非在写入过程中发生了错误或到达了文件末尾（对于非阻塞 I/O 或某些特殊设备文件，这可能会发生）。
失败时，返回一个小于 nmemb 的值，并且会设置全局变量 errno 以指示错误类型。然而，对于普通的文件写入操作，fwrite 通常要么成功写入所有请求的数据项，要么在遇到不可恢复的错误时返回 0。

注意事项

fwrite 并不保证将数据实际写入到物理存储设备上；它只是将数据写入到文件系统的缓冲区中。为了确保数据被持久化，你可能需要调用 fflush 函数来刷新输出缓冲区，或者在文件关闭后依赖操作系统的自动刷新机制。
在写入二进制文件时，使用 "wb" 模式打开文件是很重要的，其中 "b" 表示二进制模式。这可以防止在某些操作系统（如 Windows）上对换行符进行不必要的转换。
如果 fwrite 返回的值小于 nmemb，你应该检查 errno 来确定是否发生了错误，并采取相应的错误处理措施。

fseek函数

fseek 函数是 C 语言标准库中的一个函数，用于在文件中定位流的位置。它允许你根据指定的起始点和偏移量来移动文件内部的位置指针，从而实现对文件的随机访问。

函数原型

c复制代码

|---|---------------------------------------------------------|
| | int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence); |

参数

stream：指向 FILE 结构的指针，该指针标识了目标文件流。这个指针通常是通过 fopen 函数获得的。
offset：要移动的字节数。整数表示正向移动，负数表示负向移动。
whence：指定起始位置的参数，决定了 offset 是相对于哪个位置进行移动的。它可以是以下三个常量之一：
- SEEK_SET：文件的开头。此时 offset 应为正数或零。
- SEEK_CUR：文件的当前位置。此时 offset 可以是正数（向前移动）或负数（向后移动）。
- SEEK_END：文件的末尾。此时 offset 通常为负数（向前移动），因为文件末尾之后没有数据可以正向移动。

返回值

成功时，返回 0。
失败时，返回非零值，并设置全局变量 errno 以指示错误类型。常见的错误包括无效的流指针、无效的起始点参数，或试图移动到一个无效的文件位置（如负位置或超出文件大小的位置）。

fread函数

fread 函数是 C 语言标准库中的一个函数，用于从文件中读取数据到内存中。它是文件 I/O（输入/输出）操作的一部分，常用于二进制文件的读取。

函数原型

c

|---|---------------------------------------------------------------------|
| | size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream); |

参数

ptr：指向内存块的指针，该内存块用于存储从文件中读取的数据。这通常是一个数组的地址。
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 FILE 结构的指针，该指针标识了源文件流。这个指针通常是通过 fopen 函数获得的。

返回值

成功时，返回实际读取的数据项的数量。这个值可能小于 nmemb，如果到达了文件末尾或发生了其他读取错误（尽管对于普通的文件读取操作，fread 通常要么成功读取所有请求的数据项，要么在遇到文件末尾时返回实际读取的项数，要么在发生不可恢复的错误时返回 0）。
失败时（即返回 0 且不是由于到达文件末尾），返回 0，并设置全局变量 errno 以指示错误类型。

`fclose` 函数

是 C 语言标准库中的一个函数，用于关闭一个打开的文件流，并释放与该文件流相关的资源。它是文件 I/O（输入/输出）操作的一部分，通常在完成对文件的读写操作后调用。

函数原型

c复制代码

|---|-----------------------------|
| | int fclose(FILE *stream); |

参数

stream：指向 FILE 结构的指针，该指针标识了要关闭的文件流。这个指针通常是通过 fopen、freopen 或 tmpfile 函数获得的。

返回值

成功时，返回 0。
失败时，返回 EOF（通常定义为 -1），并设置全局变量 errno 以指示错误类型。常见的错误包括无效的流指针或底层 I/O 错误。

1.3.代码：

cpp 复制代码

#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main() {
    // 文件指针
    FILE *file;
 
    // 要写入文件的内容
    const char *contentToWrite = "linux so easy!";
    // 分配一个缓冲区来存储从文件中读取的内容
    char buffer[256];
 
    // 2.1 打开（或创建）文件
    file = fopen("bite", "w+"); // "w+" 模式表示读写，如果文件不存在则创建
    if (file == NULL) {
        perror("Error opening file");
        return EXIT_FAILURE;
    }
 
    // 写入内容到文件
    size_t bytesWritten = fwrite(contentToWrite, sizeof(char), strlen(contentToWrite), file);
    if (bytesWritten != strlen(contentToWrite)) {
        perror("Error writing to file");
        fclose(file);
        return EXIT_FAILURE;
    }
 
    // 将文件指针重置到文件开头，以便读取
    if (fseek(file, 0, SEEK_SET) != 0) {
        perror("Error seeking in file");
        fclose(file);
        return EXIT_FAILURE;
    }
 
    // 从文件中读取内容
    size_t bytesRead = fread(buffer, sizeof(char), sizeof(buffer) - 1, file);
    if (ferror(file)) {
        perror("Error reading from file");
        fclose(file);
        return EXIT_FAILURE;
    }
 
    // 确保字符串以null字符结尾
    buffer[bytesRead] = '\0';
 
    // 打印读取到的内容到标准输出
    printf("Read from file: %s\n", buffer);
 
    // 关闭文件
    if (fclose(file) != 0) {
        perror("Error closing file");
        return EXIT_FAILURE;
    }
 
    return EXIT_SUCCESS;
}

2、系统调用文件操作

2.1.作业内容

1.考察open， read, write, lseek， close等函数的使用。同时理解文件描述符

2.要求:

2.1 使用代码打开当前路径下的"bite"文件（如果文件不存在在创建文件），向文件当中写入"i like linux!".

2.2 在从文件当中读出文件当中的内容，打印到标准输出当中；关闭文件描述符

2.2.函数讲解

`open` 函数

是 Unix 和类 Unix 操作系统（如 Linux 和 macOS）中用于打开和可能创建文件的系统调用或库函数。在 C 语言编程中，它通常通过 <fcntl.h> 头文件声明，并用于返回一个文件描述符，该描述符用于后续的文件操作，如读取、写入和文件定位。

函数原型

在 POSIX 标准中，open 函数的原型如下：

c复制代码

|---|-----------------------------------------------------------|
| | #include <fcntl.h> |
| | #include <sys/types.h> |
| | #include <sys/stat.h> |
| | #include <unistd.h> |
| | |
| | int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); |

参数

pathname：要打开或创建的文件的路径名。
flags：用于指定打开文件时的行为的一组标志。这些标志可以单独使用，也可以通过按位或（|）运算符组合使用。常见的标志包括：
- O_RDONLY：以只读方式打开文件。
- O_WRONLY：以只写方式打开文件。
- O_RDWR：以读写方式打开文件。
- O_CREAT：如果文件不存在，则创建文件。使用此标志时，必须提供 mode 参数。
- O_TRUNC：如果文件已存在且为写模式打开，则将其长度截断为 0。
- O_APPEND：以追加模式打开文件。写入的数据将添加到文件末尾，而不是覆盖现有数据。
- 其他标志，如 O_EXCL（与 O_CREAT 一起使用时，如果文件已存在，则调用失败）和 O_NONBLOCK（用于非阻塞 I/O 操作）等。
mode：设置文件权限（当使用 O_CREAT 标志时）。这是一个 mode_t 类型的值，通常使用八进制数表示，如 0644（用户读写，组读，其他读）。

返回值

成功时，open 返回一个非负的文件描述符。
失败时，返回 -1，并设置全局变量 errno 以指示错误类型。

write函数

write 函数是 Unix 和类 Unix 操作系统（例如 Linux 和 macOS）中用于向文件或设备写入数据的系统调用。在 C 语言编程中，它通常通过 <unistd.h> 头文件声明，并接受一个文件描述符、一个指向要写入数据的指针以及要写入的数据量作为参数。

函数原型

c复制代码

|---|---------------------------------------------------------|
| | #include <unistd.h> |
| | |
| | ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); |

参数

fd：要写入的文件的文件描述符，该描述符是通过 open、dup、pipe、socket 等系统调用获得的。
buf：指向要写入数据的缓冲区的指针。
count：要写入的数据的字节数。

返回值

成功时，write 返回实际写入的字节数。这个值可能小于请求写入的字节数（例如，如果磁盘已满或达到了文件大小限制）。
失败时，返回 -1，并设置全局变量 errno 以指示错误类型。

read 函数在不同的编程环境中具有不同的实现和用途，但通常都用于从某种数据源（如文件、套接字或内存缓冲区）读取数据。以下是关于 read 函数的一些通用信息和示例：

`read` 函数

在Unix和类Unix操作系统（如Linux）的C语言编程中，read 函数是一个系统调用，用于从文件描述符指向的文件或设备中读取数据。

1. 函数原型

解释

c复制代码

|---|--------------------------------------------------|
| | #include <unistd.h> |
| | |
| | ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); |

2. 参数

fd：文件描述符，表示要读取的文件或设备。
buf：指向缓冲区的指针，用于存储读取的数据。
count：要读取的字节数。

3. 返回值

成功时，返回实际读取的字节数（可能小于请求的字节数，特别是在读取到文件末尾时）。
失败时，返回 -1，并设置全局变量 errno 以指示错误类型。

2.3.代码：

cpp 复制代码

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

#define BUFFER_SIZE 1024

int main()
{

    int fd;

    ssize_t bytesRead, bytesWritten;

    char buffer[BUFFER_SIZE];

    const char *text = "i like linux!";

    // 打开（或创建）"bite"文件，使用O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC标志

    fd = open("bite", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);

    if (fd == -1)
    {

        perror("打开文件失败");

        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 写入文本到文件

    bytesWritten = write(fd, text, strlen(text));

    if (bytesWritten == -1)
    {

        perror("写入文件失败");

        close(fd);

        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 关闭并重新打开文件以读取

    close(fd);

    fd = open("bite", O_RDONLY);

    if (fd == -1)
    {

        perror("重新打开文件失败");

        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 读取文件内容并打印到标准输出

    bytesRead = read(fd, buffer, BUFFER_SIZE - 1);

    if (bytesRead == -1)
    {

        perror("读取文件失败");

        close(fd);

        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 确保字符串以null字符结尾

    buffer[bytesRead] = '\0';

    printf("文件内容: %s\n", buffer);

    // 关闭文件

    close(fd);

    return 0;
}

运行效果：

成功，并且也成功创建了文件bite