Linux基础I/O（上）—— 文件详解

C语言文件I/O

写文件

没有指定文件的目录则会在当前目录下创建文件。

以"w"模式打开文件，会把原始内容清掉再写。

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以"a"模式打开文件，会把在原始内容后面继续追加。

读文件

stdin & stdout & stderr

• C默认会打开三个输入输出流，分别是stdin, stdout, stderr
• 仔细观察发现，这三个流的类型都是FILE*, fopen返回值类型，文件指针
  

当我们的运行C程序的时候，操作系统就会默认将这三个输入输出流打开，之后我们才能调用类似于scanf和printf之类的函数向键盘和显示器进行相应的输入输出操作。

所有的外设，本质核心操作就是 read 或 write。对于键盘文件，它的读方法就是从键盘读取数据到内存，对于显示器文件，如调用 printf 函数时，操作系统是要往显示器上写入的，其实你输入的命令是你通过键盘输入的，所以系统应该是往键盘读数据。至于用户能看到输入的命令，仅仅是为了方便用户，操作系统把从键盘输入的数据，一方面给了系统读取，一方面给显示器方便用户。

对于键盘
int read(…)
int write(…)

对于网卡
int read(…)
int write(…)

对于显示器
int read(…)
int write(…)

但不同的硬件，对应的读写方式肯定是不一样的
操作系统会为每一个底层硬件创建struct file结构体,此结构体中一定包含了两个函数指针,分别指向这个硬件对应的读方法和写方法

系统文件I/O

操作文件，除了上述C接口（当然，C++也有接口，其他语言也有），我们还可以采用系统接口来进行文件访问。

open

系统接口中使用open函数打开文件

第一个参数

要打开或创建的目标文件

• 给出文件名，若当前目录存在，则打开，否则在当前目录创建；
• 若给出绝对路径，则在该路径下创建；

第二个参数

open函数的第二个参数是flags，表示打开文件的方式。打开文件时，可以传入多个参数选项，用下面的一个或者多个常量进行“或”运算，构成flags。

1. O_RDONLY: 只读打开
2. O_WRONLY: 只写打开
3. O_RDWR : 读，写打开
4. O_CREAT : 若文件不存在，则创建它。需要使用mode选项，来指明新文件的访问权限
5. O_APPEND: 追加写

第三个参数

mode，表示创建文件的默认权限。

例如，将mode设置为0666，理论上文件创建出来的权限如下-rw-rw-rw-
但是实际上创建出来文件的权限值还会受到umask的影响，实际创建出来文件的权限为：mode&(~umask)。umask的默认值一般为0002，当我们设置mode值为0666时实际创建出来文件的权限为0664。也就是如下-rw-rw-r--

如果想使新创建出来的文件不受umask值的影响，那么仅需在创建该文件前令umask值为0，即umask(0);

不需要创建文件时，第三个参数可以不写

返回值

1. 成功：新打开的文件描述符
2. 失败：-1

close

参数 ：被关闭文件的文件描述符1。
返回值：关闭成功，返回0；关闭失败，返回-1；

write

参数：将buf位置开始向后count字节的数据写入文件描述符为fd的文件当中。
返回值：写入成功，返回实际写入数据的字节个数；写入失败，返回-1；

read

参数：从文件描述符为fd的文件读取count字节的数据到buf位置当中。
返回值：读出成功，返回实际读取数据的字节个数；读出失败，返回-1；

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测试

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文件描述符fd

我们发现上述文件描述符是从3开始依次增加1的，那么，

1. 0 ，1， 2去哪了？
2. 文件描述符的分配规则又是什么呢？

 我们在上面提到了三个系统帮我们默认打开的三个流，stdin、stdout、stderr
 打开文件一定是进程运行的时候打开的
 而任何进程在运行的时候都会默认打开三个输入输出流
 即标准输入流、标准输出流以及标准错误流也就是stdin、stdout、stderr
 标准输入对应的设备是键盘，
 标准输出、标准错误对应的设备是显示器

我们在打开上述4个文件前如果close(0)会发生什么？

我们发现第一个文件的文件描述符变为了0

从结果中我们可以看出，文件描述符的分配规则是在files_struct数组当中，找到当前没有被使用的
最小的一个下标，作为新的文件描述符

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文件描述符的本质

一个进程可以打开一个文件，一个进程也可以打开多个文件，所以在操作系统内可能同时存在大量文件，对于这些大量的文件要被操作系统先描述、再组织的管理起来；

要打开一个文件就要为其创建对应的文件对象struct file（被打开文件的描述结构体对象），以双链表管理起来这些struct file

那么进程和打开文件的对于关系又如何维护？

那么就有了struct files_struct,它里面包含一个数组struct file *fd_array[],
进程的task_struct中有一个指针struct files_struct *files指向struct files_struct对象，内核创建文件对象后将其的地址填入该数组struct file *fd_array[]中

所以，本质上，文件描述符就是该数组的下标。所以，只要拿着文件描述符，就可以找到对应的文件

所以进程在访问对应的文件的时候，其实是先拿着文件描述符找到文件描述符数组中对应下标中的地址，再通过地址找到对应的struct file对象，再通过这个对象访问到磁盘中的文件。