【基础IO】————简单设计一下libc库

[1. mystdio.h](#1. mystdio.h)

[2. mystdio.c](#2. mystdio.c)

[2.1 打开文件](#2.1 打开文件)

[2.2 写文件](#2.2 写文件)

[2.3 刷新缓冲区](#2.3 刷新缓冲区)

[2.4 关闭文件](#2.4 关闭文件)

1. mystdio.h

cpp 复制代码

#pragma once

#include <stdio.h>

#define MAX 1024

// 刷新方式
#define NONE_FLUSH (1<<0)
#define LINE_FLUSH (1<<1)
#define FULL_FLUSH (1<<2)

typedef struct IO_FILE
{
	int fileno;// 文件描述符fd
	int flag;// 文件打开方式
	char outbuffer[MAX];// 缓冲区
	int bufferlen;
	int flush_method;// 刷新方式

}MyFile;

MyFile* MyFopen(const char* path,const  char* mode);
void MyFclose(MyFile* file);
void MyFwrite(MyFile* file,void* str,int len);
void MyFFlush(MyFile* file);

2. mystdio.c

cpp 复制代码

#include "mystdio.h"
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

MyFile* BuyFile(int flag,int fd)
{
	MyFile* f = (MyFile*)malloc(sizeof(MyFile));
	if(f == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return NULL;
	}
	f->fileno = fd;
	f->flag = flag;
	f->bufferlen = 0;
	f->flush_method = LINE_FLUSH;
	memset(f->outbuffer,0,sizeof(f->outbuffer));

	return f;
}


MyFile* MyFopen(const char* path,const  char* mode)
{
	int fd = -1;
	int flag = 0;
	if(strcmp(mode,"w") == 0)
	{
		// 写入打开
		flag = O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC;
		fd = open(path,flag,0666);
	}
	else if(strcmp(mode,"a") == 0)
	{
		// 追加打开
		flag = O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND;
		fd = open(path,flag,0666);
	}
	else if(strcmp(mode,"r") == 0)
	{
		// 只读打开
		flag = O_RDONLY;
		fd = open(path,flag);
	}
	else
	{

	}
	if(fd < 0)
	{
		perror("open");
		return NULL;
	}
	return BuyFile(flag,fd);
}

void MyFclose(MyFile* file)
{
	if(file->fileno < 0)
		return;

	MyFFlush(file);
	close(file->fileno);
	free(file);
}

void MyFwrite(MyFile* file,void* str,int len)
{
	// 从文件的指定偏移量位置开始覆盖
	memcpy(file->outbuffer+file->bufferlen,str,len);
	file->bufferlen += len;
	// 判断是否满足刷新条件
	if((file->flush_method & LINE_FLUSH) && file->outbuffer[file->bufferlen-1] == '\n')
	{
		MyFFlush(file);
	}
}

void MyFFlush(MyFile* file)
{
	if(file->bufferlen <= 0) 
		return;
	int n = write(file->fileno,file->outbuffer,file->bufferlen);
	(void)n;

	// 将缓存数据同步到外设
	fsync(file->fileno);
	file->bufferlen = 0;
}

2.1 打开文件

根据传入的文件路径和打开方式，调用Linux系统函数open打开文件，并获取文件描述符fd
先匹配文件的打开模式，只读r，只写w，追加a
为不同模式设置对应的系统打开标志：只读r：O_RDONLY，只写：O_CREATE | O_WRONLY | O_TRUNC，追加： O_CREATE | O_WRONLY | O_APPEND
调用open打开文件，校验文件描述符是否有效
打开成功后，调用BuyFile创建并初始化自定义文件对象

cpp 复制代码

MyFile* BuyFile(int flag,int fd)
{
	MyFile* f = (MyFile*)malloc(sizeof(MyFile));
	if(f == NULL)
	{
		perror("malloc");
		return NULL;
	}
	f->fileno = fd;
	f->flag = flag;
	f->bufferlen = 0;
	f->flush_method = LINE_FLUSH;
	memset(f->outbuffer,0,sizeof(f->outbuffer));

	return f;
}


MyFile* MyFopen(const char* path,const  char* mode)
{
	int fd = -1;
	int flag = 0;
	if(strcmp(mode,"w") == 0)
	{
		// 写入打开
		flag = O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC;
		fd = open(path,flag,0666);
	}
	else if(strcmp(mode,"a") == 0)
	{
		// 追加打开
		flag = O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND;
		fd = open(path,flag,0666);
	}
	else if(strcmp(mode,"r") == 0)
	{
		// 只读打开
		flag = O_RDONLY;
		fd = open(path,flag);
	}
	else
	{
        // ...
	}
	if(fd < 0)
	{
		perror("open");
		return NULL;
	}
	return BuyFile(flag,fd);
}

2.2 写文件

不直接调用系统函数write写入文件，而是先把数据拷贝到自定义结构体MyFile的outbuffer数据中（用户缓冲区）
拷贝的时候也是从缓冲区当前有效数据的末尾（bufferlen偏移处）开始拷贝，避免覆盖之前拷贝进缓冲区的已有数据，并更新缓冲区有效数据长度bufferlen
判断刷新条件，检查刷新策略是否为行刷新（LINE_FLUSH），检查最后写入的字符是不是换行符\n，两个条件同时满足时，就调用MyFFlush把用户缓冲区数据刷到磁盘文件，并清空缓冲区
不直接将数据写入磁盘的目的是：

减少系统调用writte的次数（系统调用开销大）
用户态缓冲区批量写数据，提升文件写入效率

cpp 复制代码

void MyFwrite(MyFile* file,void* str,int len)
{
	// 从文件的指定偏移量位置开始覆盖
	memcpy(file->outbuffer+file->bufferlen,str,len);
	file->bufferlen += len;
	// 判断是否满足刷新条件
	if((file->flush_method & LINE_FLUSH) && file->outbuffer[file->bufferlen-1] == '\n')
	{
		MyFFlush(file);
	}
}

2.3 刷新缓冲区

先判断缓冲区有效长度，没数据直接返回，避免无效操作
调用系统write将用户缓冲区数据写入内核缓冲区，把MyFile->outbuffer里的有效数据，写入文件描述符fileno对应的文件，这一步只是把数据从用户缓冲区拷贝到内核缓冲区，还没真正落盘
调用fsync强制内核把缓冲区数据刷到磁盘硬件，保证数据真正持久化，不会丢失
清空缓冲区，bufferlen = 0，标记缓冲区已空，下次写入可以从头开始覆盖使用。

cpp 复制代码

void MyFFlush(MyFile* file)
{
	if(file->bufferlen <= 0) 
		return;
	int n = write(file->fileno,file->outbuffer,file->bufferlen);
	(void)n;

	// 将缓存数据同步到外设
	fsync(file->fileno);
	file->bufferlen = 0;
}

2.4 关闭文件

先判断文件描述符是否有效，无效直接返回，避免非法操作
调用MyFFlush，把用户缓冲区里还没写入磁盘的剩余数据强制落盘，防止关闭文件时丢失缓冲区中还未刷新的内容
调用系统close函数，释放内核中对应的文件描述符资源，断开与文件的连接
调用free释放MyFile结构体本身占用的堆内存，避免内存泄漏

cpp 复制代码

void MyFclose(MyFile* file)
{
	if(file->fileno < 0)
		return;

	MyFFlush(file);
	close(file->fileno);
	free(file);
}