Linux 文件编程

一.Linux 系统调用及用户编程接口（API）
1.系统调用是指操作系统提供给用户的一组“特殊”接口，用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统内核提供的的服务
2.为什么用户程序不能直接访问系统内核提供的服务呢？
因为内核是一个系统最重要的东西，如果出现类似段错误的东西出现会直接导致内核崩溃，总之是为了安全起见。
3.由于在Linux中，为了更好地保护内核空间，将程序的运行空间分为内核空间和用户空间（也就是常称的内核态和用户态），它们分别运行在不同的级别上，在逻辑上是相互隔离的。
因此，用户进程在通常情况下不允许访问内核数据，也无法使用内核函数，它们只能在用户空间操作用户数据，调用用户空间的函数。

4.系统调用并不是直接与程序员进行交互的，它仅仅是一个通过软中断机制向内核提交请求，以获取内核服务的接口。在实际使用中程序员调用的通常是用户编程接口—API
系统命令相对API更高了一层，它实际上一个可执行程序，它的内部引用了用户编程接口（API）来实现相应的功能
5.系统调用并不是直接与程序员进行交互的，它仅仅是一个通过软中断机制向内核提交请求，以获取内核服务的接口。在实际使用中程序员调用的通常是用户编程接口—API
系统命令相对API更高了一层，它实际上一个可执行程序，它的内部引用了用户编程接口（API）来实现相应的功能

二.Linux中文件及文件描述符概述
1.Linux一点哲学，“一切皆为文件”；在Linux中对目录和设备的操作都等同于对文件的操作，都是使用文件描述符来进行的。
Linux文件可分为：普通文件，目录文件，链接文件，设备文件；
2.当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核就向进程返回一个文件描述符；当需要读写文件时，也需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。
3.文件描述符是一个非负的整数，它是一个索引值，并指向在内核中每个进程打开文件的记录表。
一个进程启动时，都会打开3个文件：标准输入、标准输出和标准出错处理

描述	文件描述符	宏
标准输入	0	STDIN_FILENO
标准输出	1	STDOUT_FILENO
标准出错	2	STDERR_FILENO

三.不带缓存的（系统调用）-文件访问
1.系统调用- 创建

int creat(const char *filename, mode_t mode ) 
   filename :创建的文件名（包含路径，缺省为当前路径）
   mode：创建模式

常创建模式：

S_IRUSR      可读
S_IWUSR      可写
S_IXUSR      可执行
S_IXRWU      可读、可写、可执行

除用以上宏来选择创建模式，也可以用数字来表示
file_creat.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
    int ret;
    ret =  creat("vvv.txt",00700);
    if(ret == -1)
    {
        perror("creat");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

2.系统调用-打开
open函数是用于打开或创建文件，在打开或创建文件时可以指定文件的属性及用户的权限等各种参数。

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags); 
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode); 
参数：
  pathname是要打开或创建的文件的名字
  flags参数可用来说明此函数的多个选择项
  mode对于open函数而言，仅当创建新文件时才使用第三个参数
返回值：成功返回新分配的文件描述符，出错返回-1并设置errno
flags参数详细说明
    以下可选项可以同时指定0个或多个, 和必选项按位或起来作为flags参数。
    O_CREAT 若此文件不存在则创建它。使用此选择项时，需同时说明第三个参数   mode，用其说明该新文件的存取权限。
    O_NONBLOCK 如果pathname指的是一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选择项为此文件的本次打开操作和后续的I / O操作设置非阻塞方式
mode参数详细说明
    以下三个常数中必须指定一个，且仅允许指定一个(这些常数定义在<fcntl.h>头文件中）
 O_RDONLY   只读打开
 O_WRONLY   只写打开
 O_RDWR     读、写打开

file_open.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
    int fd;
    fd = open("xxx.txt",O_RDWR);
    if(-1 == fd)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

3.系统调用-关闭
当我们操作完文件以后,需要关闭文件：

    int close(int fd)

4.系统调用-读
从文件描述符fd所指定的文件中读取length个字节到buf所指向的缓冲区中，返回值为实际读取的字节数。

int read(int fd, const void *buf, size_t length)

5.系统调用-写
把length个字节从buf指向的缓冲区中写到文件描述符fd所指向的文件中，返回值为实际写入的字节数。

int write(int fd, const void * buf,  size_t length）

6.系统调用-定位
将文件读写指针相对whence移动offset个字节。操作成功时，返回文件指针相对于文件头的位置。

int lseek(int fd, offset_t offset,  int whence)
whence可使用下述值：
SEEK_SET：相对文件开头
SEEK_CUR：相对文件读写指针的当前位置
SEEK_END：相对文件末尾

offset可取负值，表示向前移动。例如下述调用
可将文件指针相对当前位置向前移动5个字节：
lseek(fd, -5, SEEK_CUR)

file_cp.c

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

int main(int argc,char *argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        printf("ERROR\n");
        exit(1);
    }

    int fd[2],ret;
    char buf[64] = {0};

    fd[0] = open(argv[1],O_RDONLY);
    if(fd[0] == -1)
    {
        perror("open1");
        exit(1);
    }

    fd[1] = open(argv[2],O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL, 00700);
    if(fd[1] == -1)
    {
        perror("open2");
        exit(1);
    }

    while((ret = read(fd[0],buf,sizeof(buf))) != 0)
    {
        ret = write(fd[1],buf,ret);
        if(ret == -1)
        {
            perror("write");
            exit(1);
        }
        memset(buf,0,sizeof(buf));
    }

    return 0;
}

四.带缓存的（库函数）- 文件访问
1.C库函数的文件操作是独立于具体的操作系统平台的，不管是在DOS、Windows、Linux还是在VxWorks中都是这些函数。

2.不带缓存的I/O对是文件描述符操作，带缓存的I/O是针对流的。
标准I/O库就是带缓存的I/O，它由ANSI C标准说明。当然，标准I/O最终都会调用上面的I/O例程。
标准I/O库代替用户处理很多细节，比如缓存分配、以优化长度执行I/O等。

3.标准I/O提供缓存的目的就是减少调用read和write的次数，它对每个I/O流自动进行缓存管理（标准I/O函数通常调用malloc来分配缓存）。

它提供了三种类型的缓存：
1) 全缓存。当填满标准I/O缓存后才执行I/O操作。磁盘上的文件通常是全缓存的。
2) 行缓存。当输入输出遇到新行符或缓存满时，才由标准I/O库执行实际I/O操作。stdin、stdout通常是行缓存的。
3) 无缓存。相当于read、write了。stderr通常是无缓存的，因为它必须尽快输出。

4.一般而言，由系统选择缓存的长度，并自动分配。标准I/O库在关闭流的时候自动释放缓存。
在标准I/O库中，一个不足之处是需要复制的数据量。
当每次使用函数fgets和fputs时，通常需要复制两次数据：
第一次是在内核和标准I/O缓存之间（当调用read和write时），
第二次是在标准I/O缓存（通常系统分配和管理）和用户程序中的行缓存（fgets的参数就需要一个用户行缓存指针）之间。

5.库函数-创建和打开
FILE *fopen(const char *filename, const char *mode)

filename:打开的文件名(包含路径，缺省为当前路径)
mode:    打开模式
r,  rb : 只读方式打开，文件必须已存在
w,wb : 只写方式打开，如果文件不存在则创建，如果文件已存在清空重写
a, ab: 只能在文件末尾追加数据，如果文件不存在则创建
r+，rb+,r+b:  读写方式打开，文件必须已存在
w+，w+b,wb+:  读写方式打开，如果文件不存在则创建，如果文件已存在清空重写
a+,a+b,ab+:   读和追加方式打开，如果文件不存在则创建
b用于区分二进制文件和文本文件，这一点在DOS、Windows系统中是有区分的，但Linux不区分二进制文件和文本文件

6.库函数-关闭

#include<stdio.h>
int fclose(FILE * stream);
函数说明：
    fclose()用来关闭先前fopen()打开的文件。此动作会让缓冲区内的数据写入文件中，并释放系统所提供的文件资源
返回值：
    若关文件动作成功则返回0，
    有错误发生时则返回EOF并把错误代码存到errno。

7.fputc：将一指定字符写入文件流中
表头文件：

#include <stdio.h>

定义函数：int fputc(int c,FILE * stream);
函数说明：fputc 会将参数c 转为unsigned char 后写入参数stream 指定的文件中。
返回值：fputc()会返回写入成功的字符，即参数c。
若返回EOF则代表写入失败。

8.fgetc：由文件中读取一个字符
表头文件：

include<stdio.h>

定义函数：int fgetc(FILE * stream);
函数说明：fgetc()从参数stream所指的文件中读取一个字符。
若读到文件尾而无数据时便返回EOF。
返回值：fgetc()会返回读取到的字符，
若返回EOF则表示到了文件尾。

9.fputs(将一指定的字符串写入文件内)
表头文件：

#include<stdio.h>

定义函数：int fputs(const char * s,FILE * stream);
函数说明：
fputs()用来将参数s所指的字符串写入到参数stream所指的文件内。
返回值：
若成功则返回写出的字符个数，
返回EOF则表示有错误发生。

10.fgets( 由文件中读取一字符串)
表头文件：

include<stdio.h>

定义函数：
char * fgets(char * s,int size,FILE * stream);
函数说明：
fgets()用来从参数stream所指的文件内读入字符并存到参数s所指的内存空间，直到出现换行字符、读到文件尾或是已读了size-1个字符为止，最后会加上NULL作为字符串结束。
返回值：
fgets()若成功则返回s指针，
返回NULL则表示有错误发生。

11.fread(从文件流读取数据)
表头文件：

#include<stdio.h>

定义函数： size_t fread(void * ptr,size_t size,
size_t nmemb, FILE * stream）
函数说明： fread()用来从文件流中读取数据。
参数：stream为已打开的文件指针，
ptr： 指向欲存放读取进来的数据空间，
读取的字符数以参数size*nmemb来决定。
返回值：
返回实际读取到的nmemb数目。
注意：
fread()会返回实际读取到的nmemb数目，如果此值比参数nmemb 来得小，则代表可能读到了文件尾或有错误发生，这时必须用feof()或ferror()来决定发生什么情况

12.fwrite(将数据写至文件流)
表头文件：

#include<stdio.h>

定义函数：
size_t fwrite(const void * ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE * stream)
函数说明：fwrite()用来将数据写入文件流中。
参数：
stream:为已打开的文件指针，
ptr： 指向欲写入的数据地址，总共写入的字符数以 参数size*nmemb来决定。
返回值：
返回实际写入的nmemb数目。

13.ftell（取得文件流的读取位置）
表头文件：

#include<stdio.h>

定义函数： long ftell(FILE * stream);
函数说明：ftell()用来取得文件流目前的读写位置。
参数stream为已打开的文件指针。
返回值：当调用成功时则返回目前的读写位置，
若有错误则返回-1，errno会存放错误代码。
错误代码：
EBADF 参数stream无效或可移动读写位置的文件流。

14.getc（由文件中读取一个字符）
表头文件:

#include<stdio.h>

定义函数: int getc(FILE * stream);
函数说明:
getc()用来从参数stream所指的文件中读取一个字符。
若读到文件尾而无数据时便返回EOF。
注意：
getc()与fgetc()作用相同，但getc()为宏定义，非真正的函数调用。
返回值：
getc()会返回读取到的字符，若返回EOF则表示到了文件尾。

15.putc（将一指定字符写入文件中）
表头文件：

#include<stdio.h> 

定义函数：int putc(int c,FILE * stream);
函数说明：
putc()会将参数c转为unsigned char后写入参数stream指定的文件中。
注意：
虽然putc()与fputc()作用相同，但putc()为宏定义，非真正的函数调用。
返回值：
putc()会返回写入成功的字符，即参数c。
若返回EOF则代表写入失败。

16.fprintf（格式化输出数据至文件）
表头文件：

#include<stdio.h>

定义函数：
int fprintf(FILE * stream, const char * format,…);
函数说明：
fprintf()会根据参数format字符串来转换并格式化数据，然后将结果输出到参数stream指定的文件中，直到出现字符串结束(‘\0’)为止。
返回值：
成功则返回实际输出的字符数，
失败则返回-1，错误原因存于errno中。

17.fscanf（格式化字符串输入）
表头文件：

#include<stdio.h>

定义函数：
In t fscanf(FILE * stream ,const char *format,….)
函数说明:
fscanf()会自参数stream的文件流中读取字符串，再根据参数format字符串来转换并格式化数据。
返回值:
成功则返回参数数目，
失败则返回-1，错误原因存于errno中。

18.feof（检查文件流是否读到了文件尾）
表头文件:

#include<stdio.h>

定义函数: int feof(FILE * stream);
函数说明:
feof()用来侦测是否读取到了文件尾，尾数stream为fopen（）所返回之文件指针。
如果已到文件尾则返回非零值，其他情况返回0。
返回值:
返回非零值代表已到达文件尾。