【Linux】基础IO（一）：C 接口文件讲解

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• 一、文件核心认知
• • [1.1 文件的基础属性与分类](#1.1 文件的基础属性与分类)
  • [1.2 进程与打开文件的关系](#1.2 进程与打开文件的关系)
  • [1.3 补充（关联系统层面认知）](#1.3 补充（关联系统层面认知）)
• 二、C语言文件IO
• • [2.1 打开文件](#2.1 打开文件)
  • [2.2 思考：打开文件所在的位置？](#2.2 思考：打开文件所在的位置？)
  • [2.3 写入文件](#2.3 写入文件)
  • [2.4 默认打开的三个流](#2.4 默认打开的三个流)

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一、文件核心认知

1.1 文件的基础属性与分类

1. 文件本质：文件 = 内容 + 属性，即使是0KB空文件也占用磁盘空间（存储属性）。
2. 文件分类与核心问题：
3. 未打开的文件：存储在磁盘上，核心问题是"存储与管理"------通过分门别类的组织方式实现文件的快速增删查改；
4. 打开的文件：由进程打开，核心是研究"进程与文件的关系"，也是本文的核心研究目标。

1.2 进程与打开文件的关系

1. 加载逻辑：

• 文件被打开时会加载到内存；进程启动时，操作系统默认打开 stdin、stdout、stderr 三个文件流，一个进程可打开多个文件，因此进程与打开的文件是 1:n（一对多） 的关系。

2. 系统管理逻辑：
3. 操作系统需管理大量被打开的文件，遵循 "先描述、再组织" 的核心原则；
4. 描述： 内核为每个打开的文件创建"文件打开对象"（结构体），包含文件属性等关键信息；
5. 组织： 文件打开对象通过内置指针链接成双链表，将对文件的管理转化为对双链表的增删查改操作。

1.3 补充（关联系统层面认知）

• 狭义上文件是磁盘（永久存储外设）上的存储单元，对文件的操作本质是对磁盘的IO；广义上Linux"一切皆文件"，硬件均被抽象为文件管理；
• 文件读写并非直接通过C/C++语言实现，而是依赖操作系统提供的文件系统调用接口。

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二、C语言文件IO

从"文件小白"到"IO大侠"：C语言文件操作全攻略-CSDN博客

2.1 打开文件

向一个文件写入内容，我们肯定得先打开文件，但是为了避免文件打开占用内存资源，造成资源泄漏，所以打开后我们需要关闭文件。这里我们需要使用到两个函数fopen，fclose

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1. fopen

fopen 打开文件，失败返回 NULL，成功返回指向 FILE 结构体的指针（通过该指针操作文件）；我们在这里仅研究 w（写）、a（追加写）两种打开方式。

2. fclose

• 这里我们以写的方式打开和关闭文件！

#include <stdio.h>

int main()
{
  FILE* fp = fopen("hello.txt", "w");
  if(fp == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }

  fclose(fp);

  return 0;
}

我们先查看一下当前目录，发现是没有hello.c这个文件的，然后当我们运行后再查看会发现hello.c的文件出现了。

所以当我们以w的方式打开一个不存在的文件的时候，他会给我们自动创建一个以这个名字命名的文件

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2.2 思考：打开文件所在的位置？

我们先更改一下代码

这样我们能知道进程的pid码，然后就可以使用ls /proc/[进程id] -l命令查看当前正在运行进程的信息

进程可通过两个关键符号链接确定路径：

• cwd：指向进程当前运行目录；
• exe：指向启动进程的可执行文件完整路径。

因此进程打开/创建文件时，即便文件不带路径，操作系统也能通过进程的cwd确定文件的存放位置（本质是进程打开文件，进程自身知晓路径上下文）。

注意：有绝对路径时 ：操作系统直接按指定的绝对路径创建文件，不再拼接cwd路径。

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2.3 写入文件

当我们像写入内如到打开的文件时，我们可以使用fwrite()函数

fwrite 可向以w/a方式打开的文件写入内容，传入参数包括字符串、单份字符串大小、份数、文件流；

写入字符串时，无需将strlen计算的长度+1（即不写入 \0） ------因为\0是C语言区分字符串的专属规则，文件存储的是通用字节流，需适配多语言读取，仅需写入字符串实际内容即可。

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

int main()
{
  FILE* fp = fopen("hello.txt", "w");
  if(fp == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }

  const char* message = "wbushidaitou\n";
  //const char* message = "Hello! Daitou\n";
  fwrite(message, strlen(message), 1, fp);

  fclose(fp);

  return 0;
}

当我们重新写入不同的内如发现之前写进去的内容被清空了，这是为什么？

以<font style="color:rgb(85, 86, 102);background-color:rgb(238, 240, 244);">w</font>方式fopen打开文件时，写入前会先清空文件原有内容，后续通过fwrite写入的内容会从头覆盖，因此最终文件中仅保留新写入的内容（如仅显示"Hello! Daitou"）。

• 我们讲写入的方式从w改成a来试试

 FILE* fp = fopen("hello.txt", "a");

以a方式fopen打开文件写入：保留原有内容，仅在文件末尾追加写入新内容（不会清空/覆盖原有内容）。

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2.4 默认打开的三个流

linux下一切皆文件，c语言程序在启动的时候，默认会为我们打开三个输入输出流（文件）：

• stdin是键盘文件（c++中是cin）
• stdout是显示文件（c++中是cout）
• stderr是显示器文件（c++中是cerr）

1. 其中，标准输入流对应的设备就是键盘，标准输出流和标准错误流对应的设备都是显示器。
2. 查看man手册我们就可以发现，stdin、stdout以及stderr这三个家伙实际上都是FILE*类型的。

extern FILE *stdin;
extern FILE *stdout;
extern FILE *stderr;

所以我们就可以使用fprintf向显示器文件stdout以及stderr中输入，看显示器是否会进行显示

fprintf 用法与 printf 类似，核心差异在于输出目标：

• printf：默认将内容输出到显示屏（stdout）；
• fprintf：需显式指定输出的文件流（如指向 log.txt 的 FILE* 指针），可将内容写入任意指定文件。

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

int main()
{
  FILE* fp = fopen("log.txt", "w");
  if(fp == NULL)
  {
    perror("fopen");
    return 1;
  }

  const char* message = "Daitou\n";
  
  fprintf(stdout, "%s", message);
  fprintf(stderr, "%s", message);

  fclose(fp);

  return 0;
}

因此可直接使用 stdout/stderr（如 fprintf (stdout/stderr, ...)）输出内容到显示器，无需手动打开即可操作，这也验证了进程启动时默认关联核心输入输出文件的特性。

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