Linux第四天

C语言面向对象基础

面向过程：

1. 把问题分解成一系列的步骤

2. 在函数里面一步步实现步骤

3. 根据需求调用函数

面向对象：

1. 把构成问题的事务分解成各个对象

2. 调用对象里面的方法属性解决问题

面向对象三大特性：

1. 封装性（父类、子类）

2. 继承（将父类结构体放在子类结构体第一个位置即可）

3. 多态：指针

文件IO

Linux内核

虚拟文件系统

抽象层，对文件的访问实际上对抽象层的访问。

抽象对象:封装了底层读写细节，使用C语言的多态来实现具体文件系统的操作

普通文件系统

1. ext4

2. fat32

3. ubifs

特殊文件系统

1. 进程文件系统：procfs，挂载在/proc，存放进程相关信息

2. 设备文件系统：devfs，挂载在/dev，存放外设设备

总结：指定普通文件系统多态到虚拟文件系统，app再调用虚拟文件系统中的函数，app也可以调用glibc，glibc再调用虚拟文件函数

文件描述符和打开模式

系统IO编程

• 直接调用Linux文件系统中函数

• open
  write
  read
  lseek
  close
  • 进程控制：如 fork、clone、exit 、setpriority 等创建、中止、设置进程优先级的操作。
  • 文件系统控制：如 open、read、write 等对文件的打开、读取、写入操作。
  • 系统控制：如 reboot、stime、init_module 等重启、调整系统时间、初始化模块的系统操作。
  • 内存管理：如 mlock、mremap 等内存页上锁重、映射虚拟内存操作。
  • 网络管理：如 sethostname、gethostname 设置或获取本主机名操作。
  • socket 控制：如 socket、bind、send 等进行 TCP、UDP 的网络通讯操作。
  • 用户管理：如 setuid、getuid 等设置或获取用户 ID 的操作。
  • 进程间通信：包含信号量、管道、共享内存等操作。

• int fd;
  fd = open(filename,flags,mode);
  lseek(fd,offset,whence);
  write(fd,buf,len);
  read(fd,buf,len);
  close(fd);
  ​
  文件描述符：fd，特殊的索引，file_struct结构体成员fd_array的数组下标
  进程：每个程序
      就是个进程

OPEN_close

//头文件
#include <sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
​
fd = open("./b.txt",O_RDONLY|O_CREAT,0666);
​
标志位 含义
O_RDONLY 以只读的方式打开文件，该参数与 O_WRONLY 和 O_RDWR 只能三选一
O_WRONLY 以只写的方式打开文件
O_RDWR 以读写的方式打开文件
O_CREAT 创建一个新文件
O_APPEND 将数据写入到当前文件的结尾处
O_TRUNC 如果 pathname 文件存在，则清除文件内容

CLOSE

#include <unistd.h>
int closh(int fd)

open_close.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
    int fd;
    fd = open("./b.txt",O_RDONLY|O_CREAT,0666);
    if(fd < 0)
    {
        printf("OPEN erro\n");
    }
    printf("fd:%d\n",fd);
    close(fd);
    return 0;
}

Makefile

ARCH ?= x86
​
ifeq ($(ARCH),x86)
        CC=gcc
else
        CC=arm-linux-gnueabihf-gcc
endif
​
TARGET=open_close
BUILD_DIR=build
SRC_DIR=.
INC_DIR=.
CFLAGS=$(patsubst %,-I%,$(INC_DIR))
INCLUDES=$(foreach dir,$(INC_DIR),$(wildcard $(patsubst)/*.h))
​
SOURCES=$(foreach dir,$(SRC_DIR),$(wildcard $(dir)/*.c))
OBJS=$(patsubst %.c,$(BUILD_DIR)/%.o,$(notdir $(SOURCES)))
VPATH=$(SRC_DIR)
​
$(BUILD_DIR)/$(TARGET):$(OBJS)
        $(CC) $^ -o $@
​
​
$(BUILD_DIR)/%.o:%.c $(INCLUDES) | create_build
        $(CC) -c $< -o $@ $(CFLAGS)
​
.PHONY:clean create_build
​
clean:
    rm -r $(BUILD_DIR)
​
create_build:
    mkdir -p $(BUILD_DIR)

read_write函数

read

返回值：count（读取全部字节）、0-count、-1

#include <unistd.h>
read(fd,*buff,size_count)

write

返回值：count（写入全部字节）、0-count、-1

#include <unistd.h>
write(fd,*buff,size_count)

复制普通文件小实验

1. 打开要复制的文件

2. 创建新的文件

3. 把源文件内容读到缓冲区，缓冲区内容写入新文件

4. 循环第三步，直到读取字节为0，退出循环

5. 关闭打开的文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
​
int main(int argc,char** argv)
{
    int fd1,fd2; //定义源文件，新建文件
    char buf[512]; //缓冲区
    int read_size; //读取字节
​
    if(argc != 3)  //这里可以判断文件是否有源文件
    {
        printf("argc erro\n");
        return 1;
    }
​
    fd1 = open(argv[1],O_RDONLY); //只读源文件
    fd2 = open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT,0666);//写+新建
​
    if(fd1 < 0 || fd2 < 0) //判断源文件是否成功打开
    {
        printf("open erro\n");
        return -1;
    }
    while(1) //不断读取字节直到为0
    {
        read_size = read(fd1,buf,521);
        if(read_size == 0)
        {
            break;
        }
        write(fd2,buf,read_size);
    }
​
    close(fd1|fd2);
    return 0;
}
​

Iseek和sync函数

lseek：设置文件读写位置

#include <unistd.h>
​
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

• SEEK_SET：offset 是一个绝对位置。

• SEEK_END：offset 是以文件尾为参考点的相对位置。

• SEEK_CUR：offset 是以当前位置为参考点的相对位置。

返回值偏移量、-1

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
​
int main()
{
    int fd;
    fd = open("file",O_WRONLY|O_CREAT,0666);
    write(fd,"123",3);
    lseek(fd,100,SEEK_CUR);
    write(fd,"abc",3);
    close(fd);
    return 0;
}

sync:

页缓存和回写

buff——页缓冲区——磁盘

功能;将页缓冲区强行写入磁盘中

#include <unistd.h>
​
​
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
​
int main()
{
    int fd;
    fd = open("file",O_WRONLY|O_CREAT,0666);
    write(fd,"123",3);
    lseek(fd,100,SEEK_CUR);
    write(fd,"abc",3);
    sync();
    close(fd);
    return 0;
}

标准IO编程

C标准库实现了一个IO缓存区

• 调用glibc封装的函数

• fopen()
  fclose()
  fwrite()
  fread()
  fseek()
  fflush()
      
  #include <stdio.h>
  FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
  size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
  size_t fwrite(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
  int close(int fd);//关闭文件
  int fflush(FILE *stream);//fflush 函数用于把尚未写到文件的内容立即写出。
  int fseek(FILE *stream, long offset, int whence); //fseek 函数用于设置下一次读写函数操作的位置

文件打开

• mode 参数用于指定文件的打开方式，注意该参数是一个字符串，输入时需要带双引号：
•“r”：以只读方式打开，文件指针位于文件的开头。
•“r+”：以读和写的方式打开，文件指针位于文件的开头。
•“w”：以写的方式打开，不管原文件是否有内容都把原内容清空掉，文件指针位于文件的开
头。
•“w+”：同上，不过当文件不存在时，前面的“w”模式会返回错误，而此处的“w+”则会
创建新文件。
•“a”：以追加内容的方式打开，若文件不存在会创建新文件，文件指针位于文件的末尾。与
“w+”的区别是它不会清空原文件的内容而是追加。
•“a+”：以读和追加的方式打开，其它同上。

总结;

如库函数写入数据的文件操作 fwrite 最后也是执行了 write 系统调用，如果是写少量数据的话，直接执行 write 可能会更高效，但如果是频繁的写入操作，由于 f write 的缓冲区可以减少调用 write 的次数，这种情况下使用 fwrite 能更节省时间

文件IO五大模式

• 阻塞模式

• 非阻塞模式

• IO多路复用

• 异步IO

• 信号驱动IO

控制LED灯设备

在 Linux 系统中，绝大多数硬件设备都有非常成熟的驱动框架，驱动工程师使用这些框架添加与

板子相关的硬件支持，建立硬件与 Linux 内核的联系，内核再通过统一文件系统接口呈现给用户，

用户通过对应的设备文件控制硬件。

对 于 LED 设 备，Linux 提 供 了 LED 子 系 统 驱 动 框 架， 在 Linux 内 核 源 码 中 的

“Documentation/leds/leds-class.txt”有相关的描述，它实现了一个 leds 类，用户层通过 sysfs

文件系统对 LED 进行控制。

控制硬件设备步骤

1、找出硬件设备所对应的设备节点文件

两个地方：

• /dev目录下

  对驱动程序熟悉的工程师可以使用，一个设备节点文件控制硬件全部特性

• /sys目录下

  业余工程师使用，一个设备节点文件只控制硬件的一个特性

  严格来说，它下面的文件是Linux内核导出到用户空间的硬件操作接口

2、找出驱动程序规定的设备文件使用方式

LED灯程序

设备节点文件：/sys/class/leds

往brightness文件写入一个数值，就能控制led灯的亮度

led亮度值:0~255

echo 255 > /sys/class/leds/blue/brightness 
echo 0 > /sys/class/leds/blue/brightness 

在开发板里面编译程序之前，需要提前安装gcc和make工具

sudo apt install gcc/make

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
​
//ARM 开发板 LED 设备的路径
#define RLED_DEV_PATH "/sys/class/leds/red/brightness"
#define GLED_DEV_PATH "/sys/class/leds/green/brightness"
#define BLED_DEV_PATH "/sys/class/leds/blue/brightness"
​
​
int main(int argc, char *argv[])
{
    FILE *r_fd, *g_fd, *b_fd;
​
    printf("This is the led demo\n");
    //获取红灯的设备文件描述符
    r_fd = fopen(RLED_DEV_PATH, "w");
    if(r_fd < 0){
    printf("Fail to Open %s device\n", RLED_DEV_PATH);
    exit(1);
    }
​
     //获取绿灯的设备文件描述符
    g_fd = fopen(GLED_DEV_PATH, "w");
    if(g_fd < 0){
    printf("Fail to Open %s device\n", GLED_DEV_PATH);
    exit(1);
    }
​
    //获取蓝灯的设备文件描述符
    b_fd = fopen(BLED_DEV_PATH, "w");
    if(b_fd < 0){
    printf("Fail to Open %s device\n", BLED_DEV_PATH);
    exit(1);
     }
​
    while(1){
        //红灯亮
        fwrite("255",3,1,r_fd);
        fflush(r_fd);
        //延时 1s
        sleep(1);
        //红灯灭
        fwrite("0",1,1,r_fd);
        fflush(r_fd);
​
        //绿灯亮
        fwrite("255",3,1,g_fd);
        fflush(g_fd);
        //延时 1s
        sleep(1);
        //绿灯灭
        fwrite("0",1,1,g_fd);
        fflush(g_fd);
​
        //蓝灯亮
        fwrite("255",3,1,b_fd);
        fflush(b_fd);
        //延时 1s
        sleep(1);
        //蓝灯亮
        fwrite("0",1,1,b_fd);
         fflush(b_fd);
        }
}