一.理解文件
1.狭义理解
①.文件=内容+属性。
②.文件储存在磁盘上。
③.磁盘是永久性存储介质，因此⽂件在磁盘上的存储是永久性的。
④.磁盘是外设（即是输出设备也是输⼊设备）。
⑤. 磁盘上的⽂件本质是对⽂件的所有操作，都是对外设的输⼊和输出简称IO。
2.广义理解文件
Linux下**⼀切皆⽂件**（键盘、显⽰器、⽹卡、磁盘......这些都是抽象化的过程）。
3.文件 = 内容 + 属性
①.对于0KB的空⽂件是占⽤磁盘空间的，空文件也具有属性，也要占空间！
②.⽂件是⽂件属性（元数据）和⽂件内容的集合（⽂件=属性（元数据）+内容）。
③. 所有的⽂件操作本质是**⽂件内容操作和⽂件属性操作。**
4.系统角度
任何文件都必须先打开，然后才能访问！！ 那么是谁打开了文件呢？答案是进程 。所以文件操作的本质是进程对文件进行操作。
既然涉及到进程，就事关OS，也就是说想要访问文件(文件储存在磁盘)，就是访问磁盘，而管理磁盘的正是OS，所以访问文件，其实是去调用OS的接口。
二.回顾
1.如何将信息输出到显示器
向显示器打印数据，本质上就是对显示器这个文件进行写入(linux下一切皆文件！)。
2.stdin & stdout &stderr
这是三个文件流，是FILE类型的指针，分别代表键盘文件 ，显示器文件。c语言程序在启动的时候，默认会打开这三个输入输出流(打开指向的文件)。
那么为何要默认打开输入输出流呢？
程序运行几乎一定有输入输出 ，如果每次写程序都要用fopen+打开方式去打开文件，代码会十分繁琐和冗余。就比如使用基础IO函数时，需要手动打开文件，那么每写一个helloworld或者用scanf获取一段数据，都需要去手动打开屏幕文件和显示器文件，特别麻烦。
3.文件打开的方式
①.w
以w(写)的方式打开文件时，默认会先将文件的内容清空。
这里就能解释，为什么用">"(重定向操作符)向文件写入内容时，每写一次进去，就把原来的东西覆盖掉一次。使用">"时，默认会先以写(w)的方式打开文件，就会清空原来文件里的内容。
②.a
用这种方式打开的文件，在写入数据时，玩的是追加(向文件结尾处追加)，也就是说不会想上面那样每打开一次文件，就清空一次文件内容。
在使用">>"(追加重定向操作符)写入数据时，会默认先以"a"的方式打开文件，因此写入的数据是追加的：
三.系统文件IO
打开⽂件的⽅式不仅仅是fopen，ifstream等流式，语⾔层的⽅案，其实系统才是打开⽂件最底层的⽅ 案。
1.open
就比如fopen是语言层面的接口，当调用fopen时，fopen其实还会去调用系统调用接口open。open的参数列表里有一个flags标记位，我们先来明晰何谓标志位。
①.标志位
flags是一个整型的数据，是宏。
flags的几个宏
把这些宏传入open，可以让文件以不同方式被打开，这也是语言层面fopen里"w","r"等打开方式的实现原理。
来看一下各个宏的作用：
·O_RDONLY:只读打开·OWRONLY:只写打开
·O_RDWR:读写打开
·O_CREAT:若文件不存在则创建
·O_TRUNC:打开文件的同时清空文件内容
(Truncate)
·O_APPEND:追加写模式
这些宏是可以组合使用的，在传参的时候用"|"连接就行了。
fopen的"w"和"a"打开方式的底层：
2.文件描述符fd到底是个什么鬼？
①.类型角度
通 过对open函数的学习，我们知道了⽂件描述符就是**⼀个⼩整数，是open的返回值。**
这里有个奇怪的现象：当我们用open打开多个文件，并打印它们对应的fd时，怎么从3开始，那么0,1,2去哪了呢？
答案是Linux进程默认情况下会有3个缺省打开的⽂件描述符，分别是标准输⼊0，标准输出1，标准错 误2。前面说过，标准输入，输出，错误，这三位是系统默认打开的！！！！因此它们在系统默认打开时，已经有fd了，就已经把0,1,2占据了！！！！
那系统调用open的上一层语言层面的接口fopen的返回值怎么又是FILE*类型的呢？这里的FILE又是个什么玩意？
答案是在语言层面的FILE是一个typedef出来的结构体 ！！但在OS层面，只认fd，不认FILE。既然不认，我语言层面又只有FILE，但语言层面的接口的执行又要去调用系统调用接口，那这该咋办呢？答案是FILE里一定封装了fd!!!!
②.内容角度
那上面这些个fd数字(0,1,2,3,4)到底有啥含义呢？答案是它们是数组下标 ！那这个数组是用来干啥的呢？上面有个结论，打开文件的本质是进程打开文件，属于操作系统的范畴。操作系统需要把打开的文件管理起来，管理方式是先描述，再组织。
当进程打开文件时，内核会创建一个struct file,上面的成员(包括内容+属性)与磁盘上的文件是相对应的。打开多个文件，就会创建多个对应的struct file。创建struct file，就是先描述。所以再组织，就是将各个文件对应的struct file链接起来！所以OS对被打开文件的管理，就是对链表的增删查改！
每个struct file都有一段缓冲区，磁盘上对应文件的内容就会被加载到这个缓冲区上。
所以打开(open)这个过程，其实是创建struct file，然后把文件的内容+属性加载到对应的struct file上，而执行读/写一类的操作，就是从缓冲区里进行读写。
那怎么分清哪些struct file是某一个对应进程创建的呢？
当一个进程被创建，在进程的PCB里还会创建一个叫struct file_struct 的文件描述符表。而这个表里会包含一个struct file*类型指针数组 ：fd_arry\[\]。每个元素指向一个file_struct，那么这些元素的下标就是上面的fd!!
而属于系统调用的read函数的底层是，去文件描述符表里索引，找到对应的struct file,然后将其文件缓冲区的内容拷贝一份，拷贝到用户层的缓冲区里，所以read的本质是内核到用户空间的拷贝函数！
**对文件的任何操作，都必须先把文件加载到内核的struct file的缓冲区里！**假如要修改文件内容，就先将文件内容加载到缓冲区内，然后对缓冲区上的内容进行修改，修改完成后，将缓冲区内容写回磁盘。
那加载的本质又是什么呢？答案是从磁盘到内存的拷贝！
4.重定向的原理
①.fd分配原则
首先我们要明晰fd的分配原则：当新的文件被加载进内存(被进程打开)，OS就会去到文件描述符表里去查询，将查到的最小的，且没有被使用的空间的下标，作为新的fd给用户。
②.说回重定向
下面代码演示了很有意思的一幕：
先将fd = 1的输出流stdout关闭了，然后同时打开一个log.txt文件，并打印log,txt的fd到屏幕上。这时我们发现fd并没有打印到屏幕上，而是写入了log,txt里，这是什么鬼？
哈哈，这就是出现了重定向！
我们来说说原理：
补充一点：printf的底层是向stdout指向的屏幕文件写入，而std只认fd = 1，也就是说下标fd = 1的元素是屏幕文件，才能向屏幕文件写入东西！
所以重定向的本质是是去修改files_struct里指定下标所对应元素(指针)的指向。也就是用新文件的struct file的地址去覆盖旧的地址。
这里还有个系统调用------dup2，可以用来重定向：
用newfd对应的地址去覆盖oldfd对应的地址。使得oldfd的地址指向新文件的 struct file。也就是说oldfd对应的指针，最终是newfd对应指针的一份拷贝！
所以形参要传newfd和oldfd：
重定向 = 打开文件的方式 + dup2。
最后再来说一个点，上面fd = 1的指针经重定向指向新的 struct file，那么原来的 struct file该怎么解决呢？会不会造成空间无法释放，进而造成浪费呢？
答案是struct file上有个计数器ref_cnt。同时由于一个文件支持多个进程打开，也就是说这些进程的files_struct上都会有指针指向这个struct file，每多一个指针指向，ref_cnt就++一次，相反每少一个指针指向，ref_cnt就--一次，当ref_cnt = 0的时候，OS会将这个struct file释放掉。