Linux下的文件IO操作

1.前导

1.1文件知识

1. 文件 = 文件内容 + 文件属性
2. 访问文件的时候，都得先打开文件，修改文件都是通过代码去修改的，所以首先就得先把文件先加载到内存当中。
3. 谁在打开文件？------ 进程在打开文件
4. 一段时间内，OS当中肯定有很多进程，也肯定有很多被打开的文件，那么OS该怎么去取管理这些文件呢？----- 先描述，后组织
5. 进程和文件的关系：struct task_struct 和 struct XXX
6. 系统是不是把所有的文件都打开了？-------- 那一定是没有的，没有打开的文件都存储在磁盘当中。

1.2对比一下文件操作和重定向

1.2.1输入重定向

fopen以"w"方式打开：如果文件不存在，先会创建一个文件 / 如果文件存在，先会清空文件内容，然后再从头进行写入操作。

这上面的操作是不是和输入重定向很相似。

1.2.2追加重定向

fopen以"a"方式打开：本质也是写入，如果文件不存在，先会创建一个文件，然后进行写入 / 如果文件存在，会在文件原有内容的末尾处追加写入。

上面的操作是不是和追加重定向很像。

1.3当前路径

当文件不存在的时候，在当前路径下创建一个，那么进程又是如何知道当前文件的呢？--- 当然是记录在进程PCB当中的。

可以 ls /proc/pid 查看

补充函数：

int chdir(const char* path)；

1.4stdin stdout stderr

三大标准输入，OS都默认帮你打开了。

一、标准输入流stdin

• 定义：标准输入是程序可以从中读取输入数据的位置，它默认指向键盘，但也可以被重定向为文件或者其他输入设备。
• 作用：允许用户通过键盘或者其他输入设备向用户提供数据，也可以从文件中读取数据。
• 文件描述符：在linux系统中，stdin文件描述符为0。

二、标准输出流stdout

• 定义：标准输出是程序用于发送其输出数据的位置，它默认指向终端屏幕，但也可以被重定向为文件或者其他输出设备。
• 作用：stdout用于显示程序的正常输出，包括结果、状态信息、其他非错误信息。
• 文件描述符：在linux系统中，stdout文件描述符为1。
• 缓冲：stdout通常是行缓冲的，意味着输出会先存储在缓冲区中，直到遇到换行符或者缓冲区满才会刷新到目的地。

三、标准错误输出流stderr

• 定义：标准错误是程序用于发送错误、异常信息的位置，它默认指向终端屏幕，但也可以被重定向为文件或者其他输出设备。
• 作用：用于输出错误信息，以便用户能够识别并解决问题。
• 文件描述符：在linux系统中，stderr文件描述符为2。
• 缓冲：stderr是非缓冲的，意味着错误信息会被立即发送到目的地，以便用户能够尽快的看到它。

2.文件操作的系统调用接口

访问文件不仅有C语言上的文件接口，OS必须提供对应的访问文件的系统调用接口。即：C标准库中的文件IO接口，底层一定封装了系统调用接口。

2.1.open()打开文件

1. 功能：打开一个文件，如果文件不存在则创建文件。
2. 返回值：打开成功，返回非负整数，即：文件描述符(用于后续文件操作)；如果失败，返回-1，并设置errno以指示错误的原因。

fopen："r"-> open：O_RDONLY
fopen："w"-> open：O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC
fopen："a"-> open：O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND

• 底层调用Open，传递不同的参数，在上层表现为fopen以r、w、a方式打开文件。即：不同的fopen风格，代表着open传递了不同的选项。

2.1.2.flags参数

O_WRONLY O_CREAT O_APPEND 这三个大写的字符串，还是这种格式的，我们很容易就联想到宏。

1. 参数flag：标记位，用于指定文件的打开模式(只读、只写、追加等)和其他选项(创建文件、截断文件等)。

//宏
#define O_RDONLY    0x00000000  // 只读模式  16进制
#define O_WRONLY    0x00000001  // 只写模式
#define O_RDWR      0x00000002  // 读写模式
//以上三个常量,必须且只能指定一个
#define O_CREAT     0x00000100  // 如果文件不存在，则创建文件
#define O_TRUNC     0x00000200  // 如果文件存在，则截断为零长度
#define O_APPEND    0x00000400  // 每次写入时追加到文件末尾
#define O_EXCL      0x00000800  // 如果文件已存在，则打开失败
#define O_NONBLOCK  0x00001000  // 非阻塞模式 

1. flag参数是一个整数，每个比特位代表一个标记位。通过位操作(|、&)，可以一次性向函数传递多个标记位。
2. 在编程中，涉及需要向函数传递多个布尔选项(标记位)时，使用单个整数(int，32位)，并通过位操作来设置和检查这些选项，这种方法被称为"位图"，是一种非常高效和节省资源的方法。
3. 使用宏定义，来表示各种标记位，每个宏定义只有一位为1(每个宏中为1的位是错开的)，其余位全为0。在这个整数中为1的位，用来表示某个特定的选项是否被设置。多个宏通过位操作(|按位或)组合，一次性地向函数传递多个标记位。即：通过位图的方式，传递多个标记位。

2.1.3.mode参数

文件不存在的时候，要创建文件时，要用mode参数设置权限， 如果没有设置权限就会出现下面的情况（权限乱码）

现在让我们来看看mode参数如何传参。

为什么我们用mode设置的文件权限是666，但是文件权限最终确实664呢？ （这是因为权限掩码的存在） 原因：默认(最终)权限计算公式 = 起始权限 & (~umask值) , 本质是从起始权限中去掉在umask权限中出现的权限，如果在起始权限中某权限位不存在，但umask中该权限位存在，该权限位的结果为0，"去掉"不是删除。

2.1.3 umask()函数

• 功能：设置文件的权限掩码。

umask函数只会影响调用它的进程所创建的权限掩码，而不会对父进程或其他进程的权限掩码产生影响。

2.2.write()向文件写入

1. 功能：向打开的文件中写入数据。
2. 参数：fd，表示写入数据的文件或设备； buf，指向要写入数据的缓冲区的指针； count，要写入的字节数。
3. 如果buf为const char*类型，strlen(buff)，不需要在后面+1，即：不需要把字符串结束标志\0写入进去。因为c语言字符串以\0结尾，\0不是字符串内容，而是作为字符串结束标记，与文件无关，若把\0写入，则会造成乱码。
4. 返回值：如果成功，返回实际写入的字节数。如果出错，则返回-1，并设置errno以指示错误。

2.3.read()从文件读取

1. 功能：从打开的文件中读取数据。
2. 参数：fd，表示要读取数据的文件或设备； buf，指向读取数据的缓冲区的指针； count，要读取的最大字节数。
3. 返回值：如果成功，返回实际读取的字节数。如果出错，则返回-1，并设置errno以指示错误。如果到达文件末尾(EOF)，则返回0

2.4.close()

1. 功能：关闭一个打开的文件描述符。
2. 返回值：如果成功，返回0。如果失败，返回-1，并设置errno以指示错误。