一、回顾C/C++文件操作
1、基础概念
前面我们在对语言的学习的时候，也对文件的操作的接口进行了学习，但是那会我们就是学习了其使用，并没有对其进行过多的深究。所以对于文件的理解，我们可能就是打开文件，对文件写入的操作。
首先我们前面也提到：文件=文件内容+文件属性(原数据)
那么我们对文件进行操作，无非就是对文件的 内容或者文件的属性进行操作!!!
然后我们要对一个文件进行操作，那么得先打开这个文件，那么我们得先找到这个文件，那么就是路径+文件名。
不过有的时候，我们不需要对应文件的路径。
这又是为啥呢？
首先我们明确一个，我们对于文件的操作，是谁来进行操作的呢？
我们写好一个对于文件操作的程序后，我们没有进行运行的话，那么这个文件是不会被操作的，那么本质就是要有一个进程运行，然后这个文件才被操作的，那么也就是说，对于文件的操作，实际上是进程进行的。
那么，前面我们对于进程基础概念的学习中，讲到我们进程信息中，其会有一个CWD，那么是记录我们这个进程的工作路径的，那么如果我们对于文件的操作，没有传入路径，那么其会在当前进程的路径下寻找这个文件。
然后我们也可以修改这个cwd，使进程在指定的路径下工作。使用chdir。
我们打开文件，实际上是做啥？
实际上是将我们的文件冲磁盘加载到内存中，这样我们的进程才可以访问到我们的文件。
所以对文件进行操作的本质：进程通过CPU访问内存中文件。
在我们的操作系统中，存在着大量的文件，从文件的存在方式来看，我们的文件分为两种：
1、磁盘文件
2、内存级被打开的文件
那么在我们操作系统中，是可以存在很多文件同时被打开的，那么我们就要对其进行管理。
那么在我们的操作系统中，肯定会存在一个结构体变量，对其进行管理的。
2、接口回顾
首先是对于文件的打开，我们使用fopen接口。
可以看到，其有两个参数，第一个参数是我们要打开的文件，其传入可以带路径，也可以不带路径。
第二个是我们的打开方式：
|----|--------------------------------------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 模式 | 作用 | 核心行为总结 |
| r | 以只读模式打开文本文件，文件流指针置于文件开头 | 1. 文件必须存在，不存在直接打开失败 2. 仅允许读，不可写 |
| r+ | 以读写模式打开，文件流指针置于文件开头 | 1. 文件必须存在 2. 可读可写；写入会覆盖原有内容 |
| w | 若文件存在则截断清空长度为 0；不存在则新建只写文本文件，指针在开头 | 1. 文件存在：直接清空原有全部内容 2. 文件不存在：自动创建 3. 仅能写入，不能读取 |
| w+ | 以读写模式打开；文件不存在则创建，存在则清空截断，指针置于文件开头 | 1. 兼容读写 2. 打开瞬间直接清空原文件数据，风险高 |
| a | 追加写入模式（数据永远写在文件末尾）；不存在则创建，打开后指针在文件末尾 | 1. 只能写，不能读 2. 无论怎么移动读写指针，写入操作强制追加到文件尾部，不会覆盖原有内容 |
| a+ | 可读 + 追加写入；文件不存在则创建，所有输出强制追加到文件末尾 | 1. 写操作永远在文件末尾 ，不受文件偏移量影响2. 读指针初始位置系统存在差异： ・glibc (Linux)：读指针默认在文件开头 ・macOS/BSD/Android：读指针默认在文件末尾3. POSIX 标准未规定a+初始读位置，跨平台需手动rewind()/fseek()调整读指针 |
如上就是fopen接口的使用。
然后我们还有下面几个接口，其可从文件的指定位置开始读和写入：
我们知道，对于文件，其内容实际上就是一堆字符集合。
那么我们对于文件的设计，设计上就是一个字符数组，那么我们的读写位置，本质不就是一个数组下标嘛!!!
二、Linux下对文件的操作
1、open文件打开操作
前面提到的对于文件的操作，都是基于语言层面上的操作，那么在我们的操作系统中，也提供了一系列的系统调用接口。
如下：
其返回值是一个整数。
这个系统调用是用于文件的打开的，其有两种，一种是两个参数的，一种是三个参数的。
第一个参数pathname就是我们要打开的文件了。
然后第二个参数就是我们要如何打开这个文件，但是其传参和我们语言中的fopen是不一样的。
其有如下几种选择：
首先是上面三个最基础的选择，其三个是必选的，而且是只能选择一个，但是我们发现，第二个参数实际上是一个int类型的参数，那么其实际上就是一个宏。
那么对于文件已经存在，或者文件不存在是否进行创建等，如何处理呢？
那么其还有下面的选项：
O_CREAT
文件不存在则创建；存在则正常打开，不修改原有内容。 使用此标志时，必须传第三个参数 mode。
O_EXCL
必须搭配 O_CREAT：O_CREAT | O_EXCL 作用：文件已存在时直接报错，防止覆盖旧文件（原子创建）。
O_TRUNC
打开时清空文件全部内容；只对可写模式生效。 等价 fopen "w"。
但是，我们就一个形参，要如何传入两个实参呢？
其实际上是运用了我们的位运算，通过比特位来判断，首先上面的选项，其都是一个整型，而且其只有一个比特位是1，其余都是0。
那么其进行位运算的结果，肯定是会多一个比特位为1的。所以通过这种方式，达到了我们可以一个形参，实现多个实参的方式。
然后我们要是想实现追加的方式对文件进行写入，那么还可以使用
O_APPEND
每次 write 都自动跳到文件末尾，多进程写文件不会交叉错乱，等价 fopen "a"
下面是几个选项的使用示例：
那么其还有一个参数，是干嘛的呢？
其是我们在创建文件的时候，要对文件的权限进行设置。
其是一个八进制的整型。
不过要注意的是，我们的操作系统中，还存在一个权限掩码umask。
大部分系统普通用户为002
那么实际上创建文件的权限=传入的mode-umask。
我们还可以在命令行中对umask进行设置。不过这个值只对当前的shell有效。
在我们的C语言程序中，我们也可以调用umask函数对其进行设置。
示例如下：
然后其可以配合我们的open系统调用使用：
如上就是对于文件打开的操作。
那么open和C语言中的库函数fopen有啥区别呢？
实际就是上下级的关系，C语言中通过的库函数，实际上是对我们的open进行了封装。
其函数内部实际还是调用的open系统调用。
2、open的返回值
我们前面提到，open系统调用的返回值是一个整数，不是一个指针类型。
其实际上是一个文件描述符，在操作系统中，会对我们在内存中的文件进行管理，那么会对这些文件进行分配文件描述符。
后续对于已经在内存中的文件，就可以直接通过文件描述符找到它。
要注意的是，我们的文件描述符，是从3开始分配的，这是因为，我们的0、1、2三个文件描述符一开始就被使用了。
其分别表示：
0->标准输入(stdio)
1->标准输出(stdout)
2->标准错误(stderr)
后续每次打开新的文件，都是返回最小的没有被使用的fd。
那么我们可以不使用printf在显示器上打印内容，就是使用write，对文件写内容的系统调用，然后呢我们传入fd为1，那么就可以在显示器上输出内容了。
三、文件描述符
前面我们在对open的使用时，提到其返回值fd。这是文件描述符
下面我们来对其进行深入了解。
1、文件描述符本质
前面我们提到，对于文件的操作，实际上是进程和文件之间的关系。
我们要打开一个文件，也是进程要打开，那么我们的进程task_struct中，会有一个对于文件管理的结构体成员->*file指针，其指向的是一个struct file结构体。
然后，我们知道的是，我们一个进程未来，是会打开多个文件的，所以进程和要打开的文件之间的比例为1：n。
那么我们就需要将其使用一个数据结构进行管理。
我们的struct files_struct中，存在一个数组：*fd_array。其就是我们的文件描述符表，那么也就是说我们的进程task_struct都会存在一个文件描述符表。那么这个表，存储的是一个一个的指针，那么这个指针指向的就是我们这个进程中打开的文件，所以fd的本质就是数组下标。
然后我们也知道，一个文件也有其对应的struct file。文件描述表中的指针就是指向的文件的file结构体。
所以，我们前面使用write等文件操作系统调用，通过fd来查找对应的文件的，其本质就是通过struct files_struct中的文件描述符表struct file*fd_array的下标，查找到对应文件的地址，然后就可以对这个文件进行操作了。
2、系统调用和语言库函数
前面我们提到，C语言库函数中，对于文件的操作，其内部实际还是调用的我们的系统调用，那么其为啥不直接去调用我们的系统调用呢？
这是因为我们的操作系统是有多种的，而我们的语言是要在不同的平台下，都可以被使用的，这是因为其要被更多的人使用，所以必须具备很好的跨平台性。
四、fd重定向
1、理解重定向
我们在学习Linux指令的时候，肯定使用过>>，等这些符号，然后向文件中写入内容。
实际上，其就是利用文件系统中，fd对于标准输入，标准输出的规则。
我们在程序中，可以通过修改fd:1的指向，然后使得我们使用printf函数要在显示器上打印的内容，被输出到文件中，然后也可以通过修改fd:0的指向，从文件中获取输入等。
可以看到，我们先将fd=1的文件描述符指向的文件关闭了。
然后我们编译运行后，发现后面的printf并没有将这个打开的文件的fd打印到显示器，但是我们将文件打开，查看其内容可以发现，我们代码中要打印的内容都在这个文件中。
所以，我们还可以确定一个事情，就是在语言层面，printf这个函数，其只认stdout->1，其并不知道我们的fd:1的指向已经修改。对于这个输出，其只会去找fd=1指向的文件。
然后对于标准输入也是如此，我们在使用sacnf函数的时候，其找输入的时候，也是找的fd:0指向的文件代码如下：
可以看到我们将文件中的内容给获取到了。
我们还有一个系统调用：dup2，那么其就可以用来修改我们的fd的指向，那么其具体是如何的呢？
其函数原型如下：
oldfd:是我们打开的文件的fd
newfd:是我们想将我们要打开的文件的fd修改到的fd。
就比如我们上面，我们想实现输入重定向，那么就要将fd:0的指向我们打开的fd。
所以我们的传参方式：dup2(fd,0)；
所以通过上面的示例，我们发现，重定向的本质就是修改数组下标指向的内容。
五、理解Linux下一切皆文件
前面我们刚刚入门Linux的时候，就将到Linux下一切皆文件，那么上面其实我们已经感受到了。
在Linux下，其将一切可以交互，可以利用的资源，都通过一套文件接口进行交互。
在我们的硬件层上，其都有一个结构体进行管理，对于硬件的输入输出，在文件描述结构体中，其含有两个函数指针，那么其分别是*read，和*wriet，那么当我们硬件有这个需求的时候，就会到对应硬件的方法中去获取。
然后对于硬件，其打开，那么在进程中也会存在其对应的struct file结构体，也会有对应的fd指向其file。
所以前面我们看到，通过fd，我们就可以对显示器进行输出，还有键盘的输入等。
所以，在我们的进程角度来看，那么一切资源都是文件，那么进程的角度，就是用户的角度，所以从我们用户的角度来看，Linux下的一切操作，都是对文件进行操作。
Linux 将硬件、磁盘数据、进程通信、网络、内核信息全部封装成文件，提供统一的读写接口；所有资源都可以通过文件描述符操作，这就是一切皆文件的核心思想。
其实，这也就是我们的多态，我们的操作系统内核中，其是基类，我们的各种硬件，在其内部都是一样的。
然后我们各种硬件，就可以再实现我们自己的方法。
每个硬件都有其各自的读写操作，但是我们用户，只需要使用操作系统提供的那一套操作，就可以对我们的硬件进行使用。