文件I/O

目录：

1、文件I/O

1.1 ---- C标准函数与系统函数的区别

1.2 ---- PCB概念

1.3 ---- open/close

1.4 ---- read/write

1.5 ---- 阻塞和非阻塞

1.6 ---- lseek

1.7 ---- fcntl

1.8 ----ioctl

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1.1 C标准函数与系统函数的区别

有一定编程基础的小伙伴应该都接触过文件编程吧，file.
在C语言里面是包一个<file.h>的头

每一个文件都有一个缓冲区，C和系统函数的区别也不想说太多，系统函数可以实现不同进程共享一个缓冲区，而C函数不行。

1.2 PCB的概念

PCB(process control block)，进程控制块。
Linux的进程控制块为一个由结构task_struct所定义的数据结构，task_struct存/include/ linux/sched.h 中，其中包括管理进程所需的各种信息。
在创建一个新进程时，系统在内存中申请一个空的task_struct区，即空闲PCB块，并填入所需信息。

1.3 open/close

首先了解一下文件描述符，和文件描述符表。
注意：以下内容记住基于进程，所以文件描述符和符表都存在PCB里面了。
文件描述符表：纪录文件描述符使用情况的表。
文件标书符：在一个进程创建时吗，默认自动打开三个文件，即生成了三个文件描述符：
STDINFILENO —>0
STDOUT_FILENO —>1
STDERR_FILENO —>2
标准输入输出流和标准错误流

之后再开辟新文件就会生成新的文件描述符，默认使用空闲的最小的文件描述符。
这里就可以将输入输出重定向：关闭输入输出流，而后重新打开文件，就可以将输入输出重定向到新开文件中。

好，我们来看怎么打开文件z

#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);

//一般用fd接收返回值

//返回值 ：成功返回重新分配的文件描述符，出错则返回-1并设置errno

参数释义：
pathname：要打开或创建的文件名，既可以是绝对目录，也可以是相对目录。
flags：打开模式：
O_RDONLY 以只读形式打开
O_WRONLY 以只写形式打开
O_RDWR 可读可写形式打开
O_APPEND 表示追加，从文件末尾添加内容，而不覆盖原有内容
O_CREAT 若文件不存在则创建，仅此处会用到第三个参数，赋予文件权限
O_EXCL 和 O_CREAT 共用，如果文件已存在则出错返回
O_TRUNC 这个咱也没用过，如果文件已存在，并且有可写模式打开，则将其长度截断为0字节
O_NONBLOCK 对于设备文件，做非阻塞I/O.

第三个参数指定权限，以八进制数表示。

再看一下如何关闭文件

#include <unistd.h>

int close(int fd);

//返回值：成功返回0，失败返回-1并设置errno

参数释义：
fd为要关闭的文件描述符。
在进程结束时，系统自动调用close关闭所有文件。

1.4 read/write

read函数从打开的文件中读取数据
write函数向打开的文件中写入数据

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count);
ssize_t write(int fd,void *buf,size_t count);

//返回值：成功返回读取/写入的字节数，失败返回-1并设置errno。

参数释义：
fd：文件描述符
buf：缓存，一般用char数组
count：要读取/写入的字节数

ssize_t：表示有符号的size_t。

有些情况下，count可能不会那么刚好。
从终端设读，通常以行为单位，读到换行符就返回了
从网络读后面socket部分会再说

1.5 阻塞和非阻塞

读常规文件是不会阻塞的
从终端设备或网络读取就不一定了
如果终端输入的数据没有换行符，调用read的终端设备就会阻塞
如果网络上没有收到数据包，调用read从网络读就会阻塞
至于阻塞多久那就不确定了
如果一直没有数据到就一直阻塞在那里

解决阻塞的一个办法叫轮询

1.6 lseek

每个打开的文件都会纪录当前读写的位置，不过那个O_APPEND比较特殊点。
也可以通过lseek来人为操控文件指针偏移位置。

上代码：

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

off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence);

//这里允许偏移超过文件末尾，中间空出来的位置都是0.

参数释义：fd文件描述符
offset：偏移量
whence：偏移的起始位置

whence：
SEEK_SET：从文件开始处计算
SEEK_CUR：从当前文件偏移处计算
SEEK_END：从文件结束处计算

若lseek成功执行，返回一个新的偏移量。

注意：偏移之后写入一个空值，不然会偏移不成功。

1.7 fcntl

可以用fcntl对一个已打开的文件进行修改属性，而不必重新open一个文件
不过这个我是没试过了

不过文件锁需要用到这个

Linux中文件记录锁可以对文件某一区域进行文件记录锁的控制。它是通过fcntl函数来实现的。

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

int fcntl (int fd,int cmd,struct flck *lock);
//功能说明：管理文件记录锁的操作
//返回值：调用成功返回0，失败返回-1

参数释义：
fd：文件描述符；
cmd：功能符号；
（F_SETLK用来设置或释放锁；
F_GETLK用来获得锁信息；）
lock：存储锁信息的结构体指针；

struct flock
{
short l_type; /* 锁的类型 /
short l_whence; / 偏移量的起始位置： /
off_t l_start; / 从l_whence的偏移量 /
off_t l_len; / 从l_start开始的字节数 /
pid_t l_pid; / 锁所属进程ID(一般不用) */
}
l_type有F_RDLCK读锁、F_WRLCK写锁及F_UNLCK空锁。
l_whence有SEEK_SET、SEEK_CUR和SEEK_END。
l_len为0时表示从起点开始直至最大可能位置为止。

因为这个我也不太会，但是我想会，那就上代码

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

int main(){
	int fd;
	struct flock lock; //声明锁变量
	
	if((fd = open("example",O_CREAT | O_TRUNC | O_RDWR, S_IRWXU)) == -1)
	{
		printf("open file error\n");
		return -1;
	}
	
	memset(&lock,0,sizeof(struct flock));//清空锁变量

	//设置锁变量
	lock.l_whence = SEEK_SET;
	lock.l_start = 0;
	lock.l_len = 0;
	
	//拿到锁则对文件执行后续操作
	if(fcntl(fd,F_GETLK,&lock) == 0)
	{
		//判断该锁是否空锁
		if(lock.l_type != F_UNLCK)
		{
			printf("lock can not by set in fd\n");
		}
		else
		{
			lock.l_type = F_WRLCK;//要上锁时才给出锁的类型
			if(fcntl(fd,F_SETLK,&lock) == 0)
				printf("set write lock success!\n");
			else
				printf("set write lock fail!\n");
			getchar();
			lock.l_type = F_UNLCK;//在释放锁之前将锁置空
			fcntl(fd,F_SETLK,&lock);//释放锁
		}
	}
	close(fd);//关闭文件描述符
	return 0;
}

1.8 ioctl

ioctl用于向设备发送控制和配置命令，有些命令也需要读写一些数据，但是这些数据是不能用write/read来进行读写的，如串口线啊之类的。

#include <sys/ioctl.h>

int ioctl(int d,int request,······);

//d是某个设备的文件描述符，request 是ioctl的命令。可变参数取决于request。
//成功返回一个值，也是取决于request，失败返回-1并设置而errno。

来源：CSDN

作者：看，未来

链接：https://blog.csdn.net/qq_43762191/article/details/103934332