【C语言】文件IO

WeeJot

于 2025-01-14 00:00:00 发布

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分类专栏： C语言文章标签：开发语言 c语言

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1. 什么是文件IO

1.1概念

又称系统IO，是系统调用，是操作系统提供的接口函数。

posix中定义的一组用于输入输出的函数

POSIX接口（英语：Portable Operating System Interface）可移植操作系统接口

1.2特点

(1) 没有缓存机制，每次调用都会引起系统调用。

(2) 围绕文件描述符进行操作，非负整数(>=0)，依次分配

(3) 文件IO默认打开三个文件描述符，分别是0（标准输入），1（标准输出），2（标准错误）

(4) 操作任意类型的文件bc -lsp(除了d目录文件)

1.3操作

打开文件:open

关闭文件：close

读写操作：read、write

定位操作:lseek

2. 函数接口

2.1打开文件open()

int open(const char *pathname, int flags);
功能：打开文件
参数：pathname：文件路径名
     flags：打开文件的方式
            O_RDONLY：只读
            O_WRONLY:只写
            O_RDWR：可读可写
            O_CREAT:不存在创建
            O_TRUNC：存在清空
            O_APPEND：追加   
返回值：成功：文件描述符
       失败：-1

                当第二个参数中有O_CREAT选项时，需要给open函数传递第三个参数，指定创建文件的权限 

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
最后权限=创建出来的文件指定权限值&(~umask)  
    例如：指定权限为0666（8进制）
最终权限为：0666 & (~umask) = 0666&0775 = 0664

例子：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int fd;
    //fd = open("a.c",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
    fd = open("b.c",O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    printf("fd:%d\n",fd);
    return 0;
}

思考：文件IO和标准IO的打开方式的对应关系.

标准IO	文件IO
r	O_RDONLY只读
r+	O_RDWR可读可写
w	O_WRONLY\|O_CREAT\|O_TRUNC,0666 只写，不存在创建，存在清空
w+	O_RDWR\|O_CREAT\|O_TRUNC,0666可读可写，不存在创建，存在清空
a	O_WRONLY\|O_CREAT\|O_APPEND,0666 只写，不存在创建，存在追加
a+	O_RDWR\|O_CREAT\|O_APPEND,0666 可读可写，不能存在创建，存在追加

注意：O_CREAT需要加权限

2.2关闭文件

int close(int fd);
功能：关闭文件
参数：fd：文件描述符

2.3读写文件

2.3.1读文件

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
功能：从一个已打开的可读文件中读取数据
参数： fd  文件描述符
      buf  存放位置
      count  期望的个数
返回值：成功：实际读到的个数（小于期望值说明实际没这么多）
       返回0：表示读到文件结尾
       返回-1：表示出错,并设置errno号

fgetc->EOF 失败或末尾

fgets->NULL失败或末尾

fread->0失败或末尾

read->-1失败 0末尾

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int fd;
    char buf[32]="";

    fd = open("a.c", O_RDONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    printf("fd:%d\n", fd);
    read(fd,buf,10);    //向fd文件中读取10个字符
    printf("buf: %s\n",buf);

    close(fd);
    return 0;
}

2.3.2写文件

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
功能：向指定文件描述符中，写入 count个字节的数据。
参数：fd   文件描述符
      buf   要写的内容
      count  期望写入字节数
返回值：成功：实际写入数据的个数
              失败  ： -1

例子：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int fd;
    char buf[32]="hello";

    fd = open("a.c", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0666);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    printf("fd:%d\n", fd);

    write(fd,buf,5);
    write(fd,"haha",10);

    close(fd);
    return 0;
}

练习：文件IO实现cp功能。cp 源文件新文件名

./a.iout src dest

思路：打开文件，循环读源文件内容，写到目标文件，当读到文件末尾循环结束，关闭两个文件。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int fd_src, fd_dest;
    char buf[32];
    ssize_t n;
    if (argc != 3)
    {
        printf("Usage: %s <srcfile> <destfile>\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    //可读方式打开源文件
    fd_src = open(argv[1], O_RDONLY);
    if (fd_src < 0)
    {
        perror("open src file err");
        return -1;
    }

    //可写方式打开目标文件
    fd_dest = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
    if (fd_dest < 0)
    {
        perror("open dest file err");
        return -1;
    }

    //循环读，只要读到内容就写入目标文件
    while ((n = read(fd_src, buf, 32)) > 0)
        write(fd_dest, buf, n);

    close(fd_src);
    close(fd_dest);
    return 0;
}

2.4文件的定位操作

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
功能：设定文件的偏移位置
参数：fd：文件描述符
    offset: 偏移量  
        正数：向文件结尾位置移动
        负数：向文件开始位置
    whence: 相对位置
        SEEK_SET   开始位置
        SEEK_CUR   当前位置
        SEEK_END   结尾位置
补充：和fseek一样其中SEEK_SET,SEEK_CUR和SEEK_END和依次为0，1和2.

        返回值：成功：文件的当前位置
        失败：-1

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int fd;
    char buf[32] = "";

    fd = open("a.c", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    printf("fd:%d\n", fd);

    // write(fd, "66666", 10);
    // lseek(fd,0,SEEK_SET);  //定位到文件开头
    // read(fd, buf, 10);
    // printf("%s\n", buf);

    lseek(fd,10,2);            //定位到末尾后10个字符单位
    write(fd,"k",1);

    off_t off = lseek(fd,0,SEEK_END);    //利用结尾偏移求出当前长度
    printf("%ld\n",off);

    close(fd);
    return 0;
}

练习：向文件中第 10 位置后面写一个字符，在文件此时的位置，后第 20个位置处，写一行字符串hello进去，求此时文件的长度。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    int fd;
    char buf[32] = "";

    fd = open("a.c", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open err");
        return -1;
    }
    printf("fd:%d\n", fd);

    lseek(fd,10,SEEK_SET);
    write(fd,"o",1);

    lseek(fd,20,SEEK_CUR);
    write(fd,"hello",5);

    off_t off = lseek(fd,0,SEEK_END);
    printf("len=%ld\n",off);

    close(fd);
    return 0;
}

标准IO和文件IO总结

	标准IO	文件IO
概念	C库中定义的一组用于输入输出的函数	posix中定义的一组用于输入输出的函数
特点	1. 有缓冲机制 2. 围绕流进行操作，FILE* 3. 默认打开三个流：stdin/stdout/stderr 4. 只能操作普通文件 5. 程序的可移植性更强	1. 无缓冲机制 2. 围绕着文件描述符，非负整数 3. 默认打开三个文件描述符：0/1/2 4. 可以操作除了目录以外的任意类型文件
函数	打开文件：fopen、freopen 关闭文件：fclose 读文件：fgetc/fgets/fread 写文件：fputc/fputs/fwrite 定位操作:rewind/fseek/ftell	打开文件:open 关闭文件:close 读文件: read 写文件：write 定位操作:lseek