文件描述符，open 函数

一、文件IO学习大纲。
1、文件IO概念、文件概念、文件类型。
2、访问文件方法一  -> 系统IO  打开?/读取?/写入?/关闭?
3、系统IO文件描述符概念？文件描述符与文件的关系？文件描述符的值。
4、文件偏移量概念。
5、系统IO应用实例：LCD液晶、触摸屏。
6、系统IO另外一种访问文件的方式：内存映射。 -> 针对LCD液晶
7、访问文件方法二  -> 标准IO  打开?/读取?/写入?/关闭? 
8、标准IO函数：处理字符/字符串
9、目录IO：访问目录，切换目录，读取目录，关闭目录。

二、文件IO概念？
1、什么是文件？
在linux下，一切都是文件。
除了我们平时常见的文件：1.txt/2.jpg/3.bmp/4.mp3是文件之外，linux系统还会把硬件设备当作是文件，例如：LED灯、触摸屏、LCD液晶屏幕，蜂鸣器，ADC，这些硬件设备在linux的眼中，都是文件来的。

2、什么是IO？
IO      -> input/output  -> 输入/输出
文件IO  -> 对文件数据输入/输出   -> 写入数据到文件/从文件中读取数据出来。

3、如何实现文件读取/写入？
不需要用户写自定义函数，因为在linux下，已经有现成的函数来实现。

访问文件方式有两种：
系统IO  -> 系统调用  ->  2   System calls  -> 系统IO接口都是在第2手册。
标准IO  -> 库调用    ->  3   Library calls -> 标准IO接口都是在第3手册。
 
4、使用系统IO与标准IO访问有什么区别？
系统IO来处理文件，没有缓冲区，直接按字节来处理。
标准IO来处理文件，有缓冲区，按块来处理。

作用对象：
访问硬件设备文件时（LED灯、触摸屏、LCD液晶）  -> 直接使用系统IO来处理。
例如： 写一个温湿度传感器驱动   -> 使用系统IO来访问温湿度传感器驱动

访问普通文件（1.txt/2.bmp/3.jpg/4.mp3）  -> 标准IO来处理。
例如：访问test.txt这个文件               -> 使用标准IO来访问。

5、文件类型。  -> 7种。
'-'   普通文件   -> 标准IO
'd'   目录文件   -> 目录IO
'l'   链接文件   
'p'   管道文件   -> 系统IO
's'   套接字文件 
'c'   字符设备文件 -> 系统IO
'b'   块设备文件   -> 系统IO

三、如何使用系统IO访问文件？
1、如何打开文件？  -> open()   -> man 2 open
函数功能：open and possibly create a file
     //打开和创建文件。

头文件：
    #include <sys/types.h>
        #include <sys/stat.h>
        #include <fcntl.h>

函数原型：
    int open(const char *pathname, int flags);
        int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

参数：
    pathname：需要打开的那个文件的路径名。 （绝对路径/相对路径）
    flags：
         O_RDONLY：只读
         O_WRONLY：只写
         O_RDWR：可读可写

返回值：
    成功：新的文件描述符file descriptor（其实就是一个最小，非负整数，没有使用过的）
    失败：-1

注意：open函数什么时候会打开失败？
1）你打开的路径不存在时。
2）如果文件本身的权限不允许，那么操作权限不对，也会失败。
   例如： 文件本身的权限： "-wx-wx-wx",如果以O_RDONLY/O_RDWR去打开文件，那么就会失败。

2、如何关闭文件？  -> close()  -> man 2 close
函数功能：close a file descriptor
    //关闭掉一个文件描述符

头文件：
     #include <unistd.h>

函数原型：
    int close(int fd);

参数：
    fd：需要关闭的那个文件的文件描述符。

返回值：
    成功：0
    失败：-1

  练习1： 写程序，访问家目录下test.txt，如果访问成功，则输出"open file success",否则输出"open file error"，并关闭文件，如果关闭成功，则输出"close file success",否则输出"close file error"。

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

int main(int argc,char *argv[])
{
    int fd,ret;
    fd = open("/home/gec/test.txt",O_RDWR);
    if(fd >= 0)
    {
        printf("open file suceess!\n");
    }
    else{
        printf("open file error!\n");
    }
    printf("fd = %d\n",fd);
    
    ret = close(fd);
    if(ret == 0)
    {
        printf("close file success!\n");
    }
    else{
        printf("close file error!\n");
    }
    
    return 0;
}

  练习2： 看看访问之后的那个文件的文件描述符是多少？  -> 3
  练习3： 尝试访问一下开发板中/dev/fb0这个文件，访问之后就关闭它。
   
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    int fd;
    fd = open("/dev/fb0",O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        printf("open file error!\n");
    }
    
    close(fd);
    
    return 0;
}

四、文件描述符？
1、什么是文件描述符？
文件描述符是open函数的返回值，当open()执行成功时，就会返回非负，最小，没有使用过的整数。
例如：
3=open("1.txt");  //3就是代表这个1.txt这个文件。
4=open("2.txt");  //4就是代表这个2.txt这个文件。
A105=open("关国源")  //A105就是代表这个关国源这个文件。

结论：将来需要处理文件时，我们不需要提供文件名字，只需要提供文件对应的文件描述符就可以。

2、访问文件时，发送fd从3开始分配，说明0/1/2已经被占用，究竟是谁在占用？
其实在系统启动时，就会默认打开3个文件，分别是"标准输入","标准输出","标准出错",他们其实是一个宏定义来的，是被定义在一个头文件中，头文件路径：/usr/include/unistd.h

/* Standard file descriptors.  */
#define    STDIN_FILENO    0    //标准输入  -> 对象：键盘
#define    STDOUT_FILENO    1    //标准输出  -> 对象：屏幕
#define    STDERR_FILENO    2    //标准出错  -> 对象：屏幕

  可以理解： 只要系统启动， 0 = open("标准输入")

3、举例子。
假设当前目录下有：a.txt b.txt c.txt d.txt
打开a.txt
打开b.txt
打开c.txt
关闭b.txt
打开d.txt
关闭a.txt
关闭c.txt
打开a.txt
打开c.txt
关闭d.txt
打开d.txt  -> 返回值是多少?    --> 4

  结论：打开一个文件时候，就会得到一个文件描述符。                 -> 申请资源
        关闭一个文件时候，这个文件对应的文件描述符就可以被别人使用。-> 释放资源

4、研究文件描述符有没有最大值？
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    int fd;
    while(1)
    {
        fd = open("./a.txt",O_RDWR);
        printf("fd = %d\n",fd);
        if(fd == -1)
        {
            break;
        }
    }
    return 0;
}

范围：0~1023。
记住：打开文件之后，记得要关闭！

五、open函数的拓展参数。

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

pathname：需要打开的文件的路径
flags:
必选（三选一）
O_RDONLY：只读
O_WRONLY：只写
O_RDWR：可读可写

可选（0个/多个）  -> 如果选了，就是使用了位或"|"来添加。
O_APPEND:以追加的方式打开文件，在每一次写数据之前，文件的定位都是在末尾。
O_CREAT:如果文件不存在，就会创建。
    如果flags中有O_CREAT，那么mode这个参数就一定要填。
    如果flags中没有O_CREAT,那么mode这个参数就算你填了，也没用。
    
O_TRUNC:如果文件存在并且是一个普通文件，而且打开方式必须是O_RDWR/O_WRONLY，那么这个文件就会被清空。

  例子1：测试O_CREAT是否能创建文件。

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

int main(int argc,char *argv[])
{
    umask(0000);
    
    int fd;
    fd = open("/home/gec/ggy_test.txt",O_RDWR|O_CREAT,0777);
    if(fd < 0)
    {
        printf("open error!\n");
    }
    
    close(fd);
    
    return 0;
}

如果文件是存在的：
O_CREAT        -> 不创建，打开成功
O_CREAT|O_EXCL -> 不创建，打开失败   O_EXCL就是要确保O_CREAT这个参数创建了才会生效！

如果文件是不存在的：
O_CREAT        -> 创建文件并且打开成功
O_CREAT|O_EXCL -> 创建文件并且打开成功

  例子2： 测试O_TRUNC能不能清空？

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

int main(int argc,char *argv[])
{
    umask(0000);
    
    int fd;
    fd = open("./a.txt",O_RDWR|O_TRUNC);
    if(fd < 0)
    {
        printf("open error!\n");
    }
    
    close(fd);
    
    return 0;
}

一般地，O_CREAT|O_TRUNC 连用，会有什么效果？
100%确保运行之后文件是存在的，并且是空白的！