【Linux】基础IO-上

1、共识原理

1、文件 = 内容 + 属性

2、文件分为打开的文件和没打开的文件

3、打开的文件是谁打开的？答案是：进程！---本质是研究进程和文件的关系

文件被打开必须先被加载到内存，一个进程可以打开多个文件。因此，在OS内部一定存在大量被打开的文件。OS要管理这些被打开的文件--先组织，再描述---再内核中，一个被打开的文件必须有自己的文件打开对象，包含文件的很多属性。struct XXX{文件属性；struct XXX *next}; 对打开文件的管理就是对链表的增删查改。

4、没打开的文件：在哪里放着？我们最关注什么问题？

首先，没有被打开就没有进程去访问它，它就只能静静的呆在存储介质（磁盘）中。没有被打开的文件非常多，文件如何被放置好方便我们进行增删查改。----文件如何存储

2、回顾C文件接口

#include <stdio.h>
#include <string.h>int main()
{FILE *fp = fopen("log.txt", "w");//w方法，向文件写之前会对文件进行清空//a方法，也是写入，但是它的追加写入//打开文件的路径和文件名，当不写路径的时候是在当前路径下新建一个文件吗？if(fp == NULL){perror("fopen");return 1;}const char *massage = "hello Linux message";//strlen(message) + 1 ? 为什么？？//不需要+1，因为字符串末尾是\0,是C语言的规定和文件没有关系。 如果+1的话就会将字符串末尾的\0显示的写入到文件中，而且显示出来的是乱码。  因此，写入时只需要将字符串的内容写进去就okfwrite(message, strlen(message),  1, fp);//向文件写入数据 1代表写入的个数。fprintf(fp, "%s: %d\n", message, 1234);fclose(fp);return 0;
}

什么是当前路径？指的是进程的当前路径。当一个进程要运行时，就要直到它是从哪里来的，就是它的可执行程序是从哪里来的，万一要形成临时文件，我要在那个路径下新建。进程基本属性里是包含它的当前路径是什么的。cwd里面包含了当前进程的工作路径。

那么。如果我更改了当前进程的cwd，就可以把文件新建到其他目录。

chdir("新路径"); //修改当前路径

新建文件带路径就按照带的绝对路径来，不带就按进程的相对路径来。

新建文件不用带路径，因为这个进程有当前路径，文件就会被新建到当前路径。

w：写入之前都会对文件进行清空处理。

a方法，也是写入，但是它的追加写入

C语言会默认打开三个输入输出流（其实就是文件）：

（C程序在默认启动的时候，会打开三个标准输入输出流）
#include<stdio.h>

extern FILE *stdin; //标准输入，，读键盘键盘设备

extern FILE *stdout;//标准输出，，显示器文件

extern FILE *stderr;//标准错误，，，显示器文件

C++三个输入输出流：
cin && cout && cerr

因此，我们想写入的时候也可以向文件流中直接写入,因为你打开了一个文件，所以直接向文件流写入就可以直接写到文件里。

eg:fwrite(message, strlen(message), 1, stdout);

3、系统文件IO

文件其实是在磁盘上，磁盘是外部设备，访问磁盘文件其实是在访问硬件！

用户是不允许直接访问硬件的，必须要通过操作系统，对硬件进行访问。但是，又因为OS不相信任何人，它必须向用户提供接口，让用户安全的访问硬件。 因此，OS必须提供系统调用。几乎所有的库只要访问硬件设备就必须要进行封装！！

printf/fprintf/fscanf/fwrite/fread/fgets/gets/....库函数他们的底层都封装了系统调用。

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

第一个参数：文件的路径绝对相对都可以

第二：权限 flags是int类型，32个比特位。 O_RDONLY 以只读方式打开 O_WRONLY 以写方式打开 O_RDWR以读写方式打开 O_CREAT 打开时不存在创建一个 O_APPEND 以追加的方式打开上面这些宏只有一个比特位

flags给我们提供很多的宏，这些宏里面只有一个比特位，这些宏，可以用或组合，然后再进行按位与找到对应的标志位（即相应的功能），就可以达到想要的效果。（下面的代码有解释）

三：

补充：比特位级别的传参方式（原理）：

OS向系统当中传递参数的方式

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>#define ONE (1<<0)//1  1左移0位
#define TWO (1<<1)//2  1左移1位
#define THREE (1<<2)//4 1左移2位
#define FOUR (1<<3)//8  2^3//只有一个flags，通过传递不同的标志位，来调不同的功能
void show(int flags)
{if(flags&ONE) //按位与flages   内部用按位与的方式进行条件检测printf("hello function1");if(flags&TWO) //按位与flagesprintf("hello function2");if(flags&THREE) //按位与flagesprintf("hello function3");if(flags&FOUR) //按位与flagesprintf("hello function4");}int main()
{show(ONE);show(TWO);show(ONE|TWO);//在外部相当于只有一个比特位移，我们用或组合一次传两个标志位show(ONE|TWO|THREE);show(ONE|TWO|THREE|FOUR):return 0;
}

试着验证一下open函数

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>//open需要用到的
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>int main()
{umask(0);//设置为0，不然他会默认进去值//O_WRONLY只能写  要是文件不存在就必须用O_CREAT先新建一个，//但是Linux中，新建一个文件必须写清楚权限是什么 不写的话就会出现乱码权限 0666int fd = open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0666);//以只写方式打开if(fd < 0)//open 打开失败返回-1{printf("open file error\n");return 1;}const char *message = "hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh";//如果第一次写入上面的，第二次写入aaa  那么结果就是 aaahhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh//从开始写， 覆盖前面的  不对其他的做清空//但是c语言用w进行写入，会对之前的做清空write(fd, message, strlen(message));close(fd);return 0
}

int fd = open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);//以写方式打开，不存在就创建，写入时先进行清空。

int fd = open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);//追加写

printf/fprintf/fscanf/fwrite/fread/fgets/gets/....库函数他们的底层都封装了系统调用。

FILE *fp = fopen("log.txt", "w"); //fopen是库函数 w是清空

它的底层调用的系统调用是：

int fd = open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);

FILE *fp = fopen("log.txt", "a");//a 是追加写

它的底层调用的系统调用是：

int fd = open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND,0666);//追加写

不同的语言会有不同的文件操作接口，但是它底层对应的原理都是一样的

那么在数据类型上，FILE * 类型和 int 有什么关系呢？？？

4、访问文件的本质

一个进程可以打开多个文件，那么文件就需要被管理--先组织，再描述。

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

open的返回值类型是int 其实就是数组的下标，我们可以看到当write的时候， write(fd, message, strlen(message)) 我们传入的第一个参数是fd 我们要向哪个文件写入就是通过数组下标找到对应的文件。（上面的图就可以看出将进程和文件关联起来了）

int fd1 = open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0666);
int fd2 = open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0666);
int f3d = open("log.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0666);
printf("fd1:\n", fd1);
printf("fd2:\n", fd2);
printf("fd3:\n", fd3);

打印结果是 3 4 5 我们自己创建的文件第一个文件描述符是从3 开始的，那0 1 2 下标呢？？

其实 0 1 2 在进程启动的时候已经默认被打开了 C语言下，

stdin--键盘（标准输入） 0

stdout--显示器（标准输出） 1

stderr--显示器（标准错误） 2

#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{const char *msg = "hello Linux\n"write(1, msg, strlen(msg));write(2, msg, strlen(msg));return 0;
}

./myproc

hello Linux

hello Linux

#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{char buffer[1024];//  read并不知道读的是不是字符串ssize_t s = read(0, buffer, sizeof(buffer));//从文件描述符0读 0代表的是键盘文件if(s < 0)  return 1; //读失败了//读成功了//C语言要将读上来的信息当成字符串   read读的是字节 它读的是一个一个的字符放在缓冲区 //所以，你想让它读字符串，你就得加\0buffer[s] = '\0';printf("echo : %s\n", buffer);return 0;
}

./myproc

（等待键盘输入） aaabbbccc

（打印出） aaabbbccc

那么，进程启动时打开三个标准输入输出流，是C语言的特性吗？？答案是：不是！是OS的特性！即进程默认会打开键盘、显示器、显示器

那么为什么OS要这样干？在计算机开机的时候显示器和键盘就已经被打开了。而且一般编程的时候都需要显示器和键盘，因此就先会被默认打开。所以，当一个进程运行时，只需要将对应的文件填到0 1 2 下标的指针数组里就ok了。

FILE *fp = fopen("log.txt", "w"); C语言FILE是什么？？

其实是C库自己封装的结构体！因为Linux访问文件必须通过文件描述符，所以，这个这个结构体里面肯定封装了文件描述符！！那么，0 1 2 里面必定封装了文件描述符

#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{printf("stdin->fd: %d\n", stdin->_fileno);printf("stdout->fd: %d\n", stdout->_fileno);printf("stderr->fd: %d\n", stderr->_fileno);return 0;
}