Linux学习之IO

     Linux中的IO可分为三类：文件IO、标准IO和目录IO。

 
一、文件IO（系统调用函数）
    是直接调用内核提供的系统调用函数，头文件是unistd.h
   1)open — 打开或创建一个文件
      open（char *，flag，mode)在fcntl.h文件中声明
      函数作用：创建或打开某个文件
      参数： char*   包含有文件名和路径
                 flag     打开文件的方式（只读，只写，读写）
                 mode  创建文件的权限
      flag内容如下：
              O_RDONLY：只读
              O_WRONLY：只写
              O_RDWR：读写
              O_CREAT：创建一个文件
              O_EXCL：如果使用O_CREAT时文件存在，则可返回错误消息，这一参数可测试文件是否存在
              O_TRUNC：打开文件（会把已经存在的内容删除）
              O_APPEND：追加方式打开文件（不会把已经存在的内容删除）
      返回值：成功：文件描述符，它是一个非负的正整数，即文件的ID号
                   出错：-1
      文件描述符：内核映射到用户程序的文件ID号 
      ID号的规律：从0开始累加
        程序进行时（进程），内核会自动打开3个文件描述符，0,1,2，分别对应，标准输入、输出和出错。这样在程序中，每打开一个文件，文件描述符值从3开始累加。
      open函数创建的权限是：
        ==mode & (~umask)
        例：111 111 111B & ~(000 010 101B) = 111 101 101B
     
   2）write（int fd，void *buf，size_t count）
         第一个参数：向哪一个文件中去写
         第二个参数：向这个文件中写什么内容
         第三个参数：向这个文件中写多少个
         返回值：是实际写的字节数
   3）read（int fd，void *buf，size_t count）
        第一个参数：从哪一个文件里去读
        第二个参数：读到什么地方去
        第三个参数：读多少个
        返回值：实际读的字节数
   4）lseek（int fd，off_t offest，int whence）   
       作用：调整读写的位置指针
       该函数的头文件：sys/types.h ，unistd.h
       第一个参数：要调整的文件的文件描述符
       第二个参数：偏移量，每一次读写操作所需要移动的距离，单位是字节的数量，可正可负（向前移，向后移）
       第三个参数：当前位置的基点，有三个标志：
                          SEEK_SET：当前位置为文件的开头，新位置为偏移量的大小。
                          SEEK_CUR：当前位置为文件指针的位置，新位置为当前位置加上偏移量
                          SEEK_END：当前位置为文件的结尾，新位置为文件的大小加上偏移量的大小
       返回值：成功：文件当前的位置
                    出错：-1
二、标准IO（C库函数）
     是间接调用系统调用函数，头文件是stdio.h
   
     三个缓存的概念（数组）
     1）、每个程序中的缓存，就是用户想从内核读写的缓存（数组）——用户空间的缓存
     2）、每打开一个文件，内核在内核空间中也会开辟一块缓存 —— 内核空间缓存
            文件IO中的写即是将用户空间中的缓存写到内核空间的缓存中
            文件IO中的读即是将内核空间的缓存写到用户空间的缓存中
     3）、标准IO的库函数中也有一个缓存 —— 库缓存
      文件IO                                                  标准IO
       open                                                       fopen
       close                                                       fclose
       lseek                                                       fseek，rewind
       read                                                        读写函数比较多（分全缓存、行缓存和无缓存）
       write
      1)、FILE *open（const char *path，const char *mode）
            返回值：FILE*   文件流指针 —— 类似于文件IO中的文件描述符
            FILE 定义：struct_IO_FILE，在/usr/include/libio.h，包含读写缓存的首地址、大小、位置指针等。
            标准的输入流：stdin    0
            标准的输出流：stdout  1
            标准出错流：    stderr  2
       2)、三类读写函数
             一类：行缓存 ——遇到新行符（\n）或写满缓存时，即调用系统调用函数将库函数写到内核
                      读：fgets，gets，printf，fprintf，sprintf
                      写：fputs，puts，scanf
                   一个字符：
                      读：fgetc，getc，getchar
                      写：fputc，putc，putchar
             二类：无缓存 —— 只要用户调用这个函数，就会将其内容写到内核中
             三类：全缓存 —— 只有写满缓存才调用系统调用函数
                      读：fread
                      写：fwrite
        3)、fclose()
              包含fflush()函数
              调用成功返回0， 失败返回EOF，并设置errno
              在该文件被关闭前，刷新缓存中的数据。如果标准IO库已经为该流自动分配了一个缓存，则释放此缓存
        4)、刷新缓存函数：fflush（FILE *fp）
              把库函数中的缓存的内容强制写到内核中
        5)、无缓存：stderr
        6)、调整读写位置指针函数：
                fseek()参数与lseek()一样，但返回值不一样
                       lseek()的返回值是：当前文件的位置指针值
                       fseek()的返回值是：成功返回0，失败返回-1
                rewind（FILE *fp）用于设定流的文件位置指示为文件开始，该函数调用成功无返回值。
                       rewind()等价于(void)fseek(fp，0，SEEK_SET)
                ftell(FILE *fp) 用于取得当前文件位置，调用成功则为当前文件位置指示，出错为-1。
        7)、行缓存的读写函数gets和puts
            gets与fgets的区别：
                gets()不能指定缓存的长度，这样可能造成缓存越界（若该行长度大于缓存长度），写到缓存之后的存储空间中，从而产生不可预料的后果。
                gets()只能从标准输入中读
                gets()并不将新行符存入缓存中，fgets()将新行符存入缓存中
            puts与fputs的区别：
                puts()只能向标准输出中写
                puts()输出时会添加一个新行符，fputs()不会添加。
        8)、fprintf、printf、sprintf
               int fprintf（FILE *stream，“字符串格式”）
                    fprirntf 可以输出到文件中，也可以输出到显示器
                    printf  只能输出到显示器中
               int sprintf（str*，“字符串格式”）
                    输出内容到一个字符串中
        9)、一个字符读写函数fgetc和fputc
               int fgetc（FILE *fp）     ——>不是行缓存函数
                    功能：从文件中读取一个字符
                    返回值：正确为读取的字符，到文件结尾或出错则返回EOF
               int fputc（int c，FILE *fp）   ——>有缓存，但不是行缓存函数
                    功能：写一个字符到文件中
                    返回值：成功则返回输入的字符，出错返回EOF
        10)、int feof（FILE *stream）
                    功能：判断是否已经到文件结束
                    返回值：到文件结束，返回为非0，没有则返回0
        11)、int ferror（FILE *stream）
                    功能：判断是否读写错误
                    返回值：是读写错误，返回为非0，不是则返回0
        12)、void clearerr（FILE *stream）
                    功能：清除流错误
          memset（char *str，int n，int length）//清缓存函数       
        13)、全缓存的读写函数：fread和fwrite
               size_t fread（void *ptr，size_t size，size_t nmemb，FILE *stream）;
               size_t fwrite（const void *ptr，size_t size，size_t nmemb，FILE *stream）;
               参数：ptr —— 写的内容
                        stream —— 写到哪里去
                        size —— 写的内容中，每一个单元所占的字节数
                        nmemb —— 写的内容中，有多少个单元数
               总的字节数：size*nmemb
               返回值：实际读写的单元数  
三、Linux操作系统标准IO支持的函数库
      1、静态库：libxxx.a，在编译时就将库编译进可执行程序中。
                     优点：程序的运行环境中不需要外部的函数库。
                     缺点：可执行程序大
      2、动态库：又称共享库，libxxx.so，在运行时将库加载到可执行程序中
                     优点：可执行程序小
                     缺点：程序的运行环境中必须提供相应的库
           函数库目录：/lib   或   /usr/lib
      3、静态库的制作：
             1)、将源文件生成目标文件：gcc -c -o file.o file.c
             2)、静态函数库创建命令 :ar
                     ar -cr -o libfile.a file.o
                      -cr：表示当插入的模块file.o已经存在libfile.a中，则覆盖；反之ar显示一个错误消息
             3)、如果从别处得到一个静态库libunknown.a，想知道其中包含哪些模块
                    用命令：ar -t libunknown.a
             4)、静态库的编译：gcc -o main.c -L. -lfile（编译main.c就会把静态函数库整合进mian）
                   其中：-L 指定静态函数库的位置供查找，L后面有“.”，表示静态函数库在本目录下查找
                             -l 指定了静态函数库名，由于静态函数库的命名方式是lib***.a，其中的lib和.a忽略
             5)、运行：./a.out
       4、动态库的制作：
              1)、生成目标文件：gcc -c -o file.o file.c
              2)、动态函数库创建命令：
                    gcc -shared -fpic -o libsub.so file.o
                     -fpic：产生位置无关代码
                     -shared：生成共享库
              3)、动态库编译：gcc -o main.c -L. -lsub
                   此时不能立即./a.out，因为在动态函数库使用时，会查找/usr/lib   /lib目录下的动态函数库，而此时程序生成的库不在里面。 
              4)、方法一：将 libsub.so放到/usr/lib或lib中再运行./a.out
                    方法二：环境变量方法
                                 假设libfile.so的路径是/home/my_project/c
                           执行命令：export LD_LIBRARY_PATH=/home/my_project/sub
                           再执行./a.out即可得到结果

没有学到函数库这一节的时候，总以为VI下的C语言分文件编写和windows下的编译环境是一样的，但试了之后，结果相当惨，当时懒得没有自己查，因为当时用ubuntu的时候也不多，现在确实是学到了，区别还是相当大的。
四、目录IO       
       1、两个头文件：#include "sys/types.h"
                               #include "dirent.h"
       2、opendir  ——  只能打开目录
            mkdir —— 创建目录
            readdir —— 读目录
            rewinddir —— 调整位置指针
            telldir —— 返回位置指针所在的位置
            seekdir —— 调整位置指针到任何地方
            closedir —— 关闭目录