标准C库的IO函数

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前言

标准C库的IO函数就是调用Linux系统的IO函数。

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一、标准C的IO函数

库函数	参数	返回值
FILE* fopen(const char* pathname,const char* mode)	pathname: 路径名字，mode: 打开方式	成功：文件指针，失败：NULL
int fclose(FILE* stream)	stream: 文件指针	成功：0，失败：-1
int fseek(FILE* stream,long offset,int whence)【文件偏移】	stream: 文件指针，offset： 偏移数（负号向左，正好向右），whence：SEEK_SET文件的开头，SEEK_CUR 文件指针的当前位置，SEEK_END 文件的末尾	成功：0，失败 -1
long int ftell(FILE *stream)【返回当前文件位置】	stream： 文件指针	成功：标识符的当前值，失败：-1
void rewind(FILE* stream) 【返回到文件开头】	stream： 文件指针
char *fgets(char *s, int size, FILE *stream)	s: 存储读到的字符，size： 最大存储字符数，stream： 文件指针	成功：读到的字符，失败：NULL
int fputs(char* s,FILE* stream)	s： 写入的字符，stream： 文件指针	成功：0，失败：-1
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream) 【二进制读入】	ptr： 存放文件内容地址，size： 读取的块大小，nmemb： 块数（读取文件大小 = 块数*每块大小） ，stream： 文件指针	成功读取到文件块数
size_t fwrite(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream) 【二进制写出】	ptr： 写入文件内容地址，size： 块大小，nmemb： 块数（写出文件大小 = 块数*每块大小），stream 文件指针	成功：写入到文件块数
int fflush(FILE *stream) 【刷新缓冲区】	stream： 文件指针	成功：0,失败：-1

文件指针（结构体）的包含内容：

1. 文件描述符，本质是一个索引指向磁盘文件
2. 文件读写指针位置，读写文件过程中指针的实际位置
3. I/O缓冲区（内存地址），通过寻址找到对应的内存块，默认缓冲区为 8KB

从缓冲区把内容写到磁盘的操作：

1. 刷新缓冲区 fflush
2. 缓冲区已满
3. 关闭文件，fclose、return(main函数)、exit(main函数)

网络编程需要使用Linux内核的I/O函数，否则用户会一直等待，直到刷新缓冲区

二、虚拟地址空间

当系统启动一个程序时，就会创建一个进程，该进程执行启动的程序，进程同时对应一个虚拟地址空间，为进程所拥有的资源。虚拟地址空间在32位机器中大小位2的32次方，64位机器中大小为2的48次方，其结构图如下图所示，虚拟地址空间会被CPU中的MMU（内存管理单元）映射到真实的物理地址，在真实的物理空间中不会有4GB大小。
参加这篇文章：虚拟地址空间图解

三、文件描述符

程序只是一个文件，占用磁盘空间，进程可以理解成 操作系统为一个正在运行的程序分配资源的基本单位，进程拥有一个虚拟地址空间，其中文件描述符位于进程的虚拟地址空间的内核区，具体存在于进程控制块（一个复杂的结构体，叫做PCB）的文件描述符表中，PCB位于内核的内存管理模块，文件描述符表是一个默认大小为1024的数组。Linux系统中一切皆文件，所以把一切硬件驱动都看为文件，同一个文件可以被打开多次，且文件描述符不一样。

四、Linux的系统调用

open，打开文件

int open(const char* pathname,int flags)，打开一个已经存在的文件，需要包含的头文件有三个：

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

• 参数：
  pathname：要打开的文件路径
  flags：对文件的操作权限设置还有其他的设置， O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR，这三个操作权限设置是互斥的
• 返回值：返回一个新的文件描述符，如果调用失败，返回-1并设置errno

close

• int close(int fd)，关闭一个文件描述符，并且该文件描述符可以被重用。其头文件位于;

#include <unistd.h>

• 参数
  fd：文件描述符；
• 返回值：成功返回 0，如果调用失败，返回 -1 并设置errno

open，创建文件

• int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode)，创建一个新文件，其头文件位于：

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

参数：

• pathname：要创建的文件的路径
• flags：对文件的操作权限和其他的设置
  必选项：O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR 这三个之间是互斥的
  可选项：O_CREAT 文件不存在，创建新文件；O_APPEND，在文件中追加内容，其他的权限这里不列出了；
  flags参数是一个int类型的数据，占4个字节，32位，每一位就是一个标志位。
• mode：八进制的数，表示创建出的新的文件的操作权限，最终的权限是：mode & ~umask，umask的作用就是抹去某些权限。

返回值：返回一个新的文件描述符，如果调用失败，返回-1并设置errno

read

• ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)，从磁盘读文件数据到内存。其头文件位于;

#include <unistd.h>

• 参数：
  - fd：文件描述符，open得到的，通过这个文件描述符操作某个文件
  - buf：需要读取数据存放的地方，数组的地址（传出参数）
  - count：指定的数组的大小，sizeof(buf)
• 返回值：
  - 成功：
  >0: 返回实际的读取到的字节数
  =0：文件已经读取完了
  - 失败：-1 ，并且设置errno

write

• ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count)，从内存写数据到磁盘文件。其头文件位于;

#include <unistd.h>

    参数：
        - fd：文件描述符，open得到的，通过这个文件描述符操作某个文件
        - buf：要往磁盘写入的数据
        - count：要写的数据的实际的大小，buf中的有效数据，buf可能没有存满
    返回值：
        成功：实际写入的字节数
        失败：返回-1，并设置errno

lseek

• off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);。其头文件位于;

    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>

参数：

• fd：文件描述符，通过open得到的，通过这个fd操作某个文件
• offset：偏移量
• whence:
  SEEK_SET 设置文件指针的偏移量
  SEEK_CUR 设置偏移量：当前位置 + 第二个参数offset的值
  SEEK_END 设置偏移量：文件大小 + 第二个参数offset的值

返回值：返回文件指针的位置

作用：
    1.移动文件指针到文件头
        lseek(fd, 0, SEEK_SET);

    2.获取当前文件指针的位置
    	lseek(fd, 0, SEEK_CUR);

    3.获取文件长度
    	lseek(fd, 0, SEEK_END);

    4.拓展文件的长度，当前文件10b, 110b, 增加了100个字节
   		lseek(fd, 100, SEEK_END)
    注意：需要写一次数据

stat

int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf)，作用是获取一个文件相关的一些信息，其头文件位于：

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

参数:

• pathname：操作的文件的路径
• statbuf：结构体变量(下面代码所示)，传出参数，用于保存获取到的文件的信息

返回值：

• 成功：返回0
• 失败：返回-1 设置errno

struct stat {
    
	dev_t st_dev; // 文件的设备编号
	ino_t st_ino; // 节点
	mode_t st_mode; // 文件的类型和存取的权限
	nlink_t st_nlink; // 连到该文件的硬连接数目
	uid_t st_uid; // 用户ID
	gid_t st_gid; // 组ID
	dev_t st_rdev; // 设备文件的设备编号
	off_t st_size; // 文件字节数(文件大小)
	blksize_t st_blksize; // 块大小
	blkcnt_t st_blocks; // 块数
	time_t st_atime; // 最后一次访问时间
	time_t st_mtime; // 最后一次修改时间
	time_t st_ctime; // 最后一次改变时间(指属性)
};

st_mode 变量的表示方式
st_mode 与掩码进行按位与，可以得到文件类型，同理获得文件的操作权限。

lstat

int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf)，获取软链接的信息，头文件位于：

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

参数:

• pathname：操作的文件的路径
• statbuf：结构体变量，传出参数，用于保存获取到的文件的信息

返回值：

• 成功：返回0
• 失败：返回-1 设置errno

access

int access(const char *pathname, int mode)，作用为：判断某个文件是否有某个权限，或者判断文件是否存在。头文件#include <unistd.h>

参数：

• pathname: 判断的文件路径
• mode:
  R_OK: 判断是否有读权限
  W_OK: 判断是否有写权限
  X_OK: 判断是否有执行权限
  F_OK: 判断文件是否存在

返回值：成功返回0， 失败返回-1

chmod

int chmod(const char *pathname, mode_t mode)，修改文件的权限。头文件#include <sys/stat.h>

参数：

• pathname: 需要修改的文件的路径
• mode:需要修改的权限值，八进制的数

返回值：成功返回0，失败返回-1

chmod

int chmod(const char *pathname, uid_t owner, gid_t group)，修改文件的所有者或者所在组

参数：

• pathname: 需要修改的文件的路径
• owner:文件所有者的id
• group:文件所在组的id

返回值：成功返回0，失败返回-1

truncate

int truncate(const char *path, off_t length)，缩减或者扩展文件的尺寸至指定的大小。

参数：

• path: 需要修改的文件的路径
• length: 需要最终文件变成的大小

返回值： 成功返回0， 失败返回-1

mkdir

int mkdir(const char *pathname, mode_t mode)，创建一个目录，头文件

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

    参数：
        pathname: 创建的目录的路径
        mode: 权限，八进制的数
    返回值：
        成功返回0， 失败返回-1

rmdir

int rmdir(const char *pathname)，只能删除空目录。头文件

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

    参数：
        pathname: =目录的路径
    返回值：
        成功返回0， 失败返回-1

rename

int rename(const char *oldpath, const char *newpath)，重命名。头文件#include <stdio.h>

参数：

• oldpath：旧的名字，
• newpath：新的名字

返回值：

• 成功返回0， 失败返回-1

chdir

int chdir(const char *path)， 修改进程的工作目录，比如在/home/nowcoder 启动了一个可执行程序a.out, 进程的工作目录 /home/nowcoder。头文件 #include <unistd.h>

参数：
    path : 需要修改的工作目录

getcwd

char *getcwd(char *buf, size_t size)，获取当前工作目录，头文件 #include <unistd.h>

作用：
参数：
    - buf : 存储的路径，指向的是一个数组（传出参数）
    - size: 数组的大小
返回值：
    返回的指向的一块内存，这个数据就是第一个参数

opendir

DIR *opendir(const char *name)，打开一个目录，头文件

#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>

参数：
    - name: 需要打开的目录的名称
返回值：
    DIR * 类型，理解为目录流
    错误返回NULL

readdir

struct dirent *readdir(DIR *dirp)，读取目录中的数据，头文件#include <dirent.h>

- 参数：dirp是opendir返回的结果
- 返回值：
    struct dirent，代表读取到的文件的信息
    读取到了末尾或者失败了，返回NULL

struct dirent{
    
	// 此目录进入点的inode
	ino_t d_ino; 
	// 目录文件开头至此目录进入点的位移
	off_t d_off; 
	// d_name 的长度, 不包含NULL字符
	unsigned short int d_reclen; 
	// d_name 所指的文件类型
	unsigned char d_type; 
	// 文件名
	char d_name[256];
};

变量 d_type：

DT_BLK - 块设备 
DT_CHR - 字符设备 
DT_DIR - 目录 
T_LNK - 软连接 
DT_FIFO - 管道
DT_REG - 普通文件
DT_SOCK - 套接字
DT_UNKNOWN - 未知

closedir

int closedir(DIR *dirp)，，关闭目录，头文件

#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>

参数：
    - dirp: 目录的名称
返回值：
	成功返回0， 失败返回-1

dup

int dup(int oldfd)，复制一个新的文件描述符， 从空闲的文件描述符表中找一个最小的，作为新的拷贝的文件描述符，头文件 #include <unistd.h>

    参数： oldfd:旧的文件描述符
    返回值：复制的文件描述符，失败返回-1，设置errno
    
    fd=3, int fd1 = dup(fd),
    fd指向的是a.txt, fd1也是指向a.txt

dup2

int dup2(int oldfd, int newfd)，作用：重定向文件描述符，头文件 #include <unistd.h>

    oldfd 指向 a.txt, newfd 指向 b.txt
    调用函数成功后：newfd 和 b.txt 取消关联, newfd 指向了 a.txt
    oldfd 必须是一个有效的文件描述符
    oldfd和newfd值相同，相当于什么都没有做
    
    参数：
    	oldfd：文件描述符     newfd：文件描述符 
    返回值：成功返回 newfd （文件描述符），失败返回-1

fcntl

int fcntl(int fd, int cmd, … /* arg */ )，作用：复制文件描述符 和 设置/获取文件的状态标志，头文件

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

参数：
 fd : 表示需要操作的文件描述符
 cmd: 表示对文件描述符进行如何操作
    F_DUPFD : 复制文件描述符,复制的是第一个参数fd，得到一个新的文件描述符（返回值）
     int ret = fcntl(fd, F_DUPFD);

    F_GETFL : 获取指定的文件描述符文件状态flag
     	获取的flag和我们通过open函数传递的flag是一个东西。

    F_SETFL : 设置文件描述符文件状态flag
     	必选项：O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR 不可以被修改
     	可选性：O_APPEND, NONBLOCK
    	O_APPEND 表示追加数据
    	NONBLOK 设置成非阻塞
  
  阻塞和非阻塞：描述的是函数调用的行为。

errno

Liunx系统调用发生错误时，会记录错误信息到errno中， errno：属于Linux系统函数库，库里面的一个全局变量，记录的是最近的错误号。

#include <stdio.h> //perror的库
void perror(const char *s);
//作用：打印errno对应的错误描述
//s参数：用户描述，比如hello,最终输出的内容是 hello:xxx(xxx为实际的错误描述)

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总结

牛客网C++课程，记录学习过程。