【Linux学习】基础IO1

前言

该文章基于Linux环境用于介绍基础IO。本文涉及C语言文件IO相关操作、认识文件相关的系统调用接口、认识文件操作符，理解重定向、通过对比fd和FILE，理解系统调用与库函数之间的关系、理解文件系统中的inode相关概念、认识软硬连接以及认识动静态库，结合gcc制作动静态库等。

一、C语言文件IO

1. C语言文件接口以及打开方式

1. 文件接口

2. 打开方式

下面是用C语言进行读写操作的例子：

• 写文件

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
  FILE* fp = fopen("myfile.txt", "w");
  if (!fp) {
    printf("fopen error!\n");
  }
  const char* msg = "hello world!\n";
  int count = 5;
  while (count--) {
    fwrite(msg, strlen(msg), 1, fp);
  }
  fclose(fp);
  return 0;
}

结果：

• 读文件

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
  FILE* fp = fopen("myfile.txt", "r");
  if (!fp)
  {
    printf("fopen error!\n");
  }
  char buf[1024];
  const char* msg = "hello world!\n";
  while (1)
  {
    //注意返回值和参数，此处有坑，仔细查看man手册关于该函数的说明
    size_t s = fread(buf, 1, strlen(msg), fp);
    if (s > 0) {
      buf[s] = 0;
      printf("%s", buf);
    }
    if (feof(fp)) {
      break;
    }
  }
  fclose(fp);
  return 0;
}

结果：

2. 对当前路径的理解

学习了C语言文件操作过后，我们知道当用fopen以写入的方式打开一个文件时，如果该文件不存在，则会在当前路径下创建该文件，那么什么是当前路径呢？

例如，我们在test_file目录下运行mytest，发现该目录出现了一个myfile.txt文件。

那么，是否可以下结论说，当前路径就是我的可执行程序所在的路径呢？现在我们将myfile.txt删除，回退到上一级目录下再次执行mytest。

我们可以发现，myfile.txt最终出现在了当前所执行mytest的路径中。

当该可执行程序执行起来变成进程之后，我们可以通过获取该进程的PID，然后根据PID在根目录下的proc目录查看该进程的信息。

在这里我们可以看到两个软链接文件cwd和exe，cwd就是进程运行时我们所处的路径，而exe就是该可执行程序的所处路径。

由此我们可以得出结论：我们这里所说的当前路径不是指可执行程序所处的路径，而是指该可执行程序运行成为进程时我们所处的路径。

3. 默认打开的三个流

Linux下一切皆文件，意思是在Linux中我们可以把任何东西都看成文件，那么显示器和键盘等也就相当于是文件。因为我们能在显示器中看到数据，是因为我们向显示器里面写入了数据，电脑能够得到我们从键盘敲入的字符，是因为电脑从键盘中读取了数据。

那么既然显示器和键盘等都是文件，为什么我们不需要提前打开"显示器文件" 和 “键盘文件”，就能直接进行键盘和显示器的相关操作呢？

需要注意的是，打开文件一定是进程运行的时候打开的，而任何进程在运行的时候都会默认打开三个输入输出流，即标准输入流、标准输出流以及标准错误流，对应到C语言当中就是stdin、stdout以及stderr。

其中，stdin对应的是键盘，stdout和stderr对应的是显示器。

通过查看man手册，我们会发现stdin、stdout以及stderr都是FILE* 类型的，也就是文件类型。

extern FILE *stdin;
extern FILE *stdout;
extern FILE *stderr;

当我们的C程序被运行起来时，操作系统就会默认使用C语言的相关接口将这三个输入输出流打开，之后我们才能调用类似于scanf和printf之类的函数向键盘和显示器进行相应的输入输出操作。

值得注意的是： 不止是C语言当中有标准输入流、标准输出流和标准错误流，C++当中也有对应的cin、cout和cerr，其他所有语言当中都有类似的概念。实际上这种特性并不是某种语言所特有的，而是由操作系统所支持的。

二、 系统文件IO

1. 系统接口

open

系统接口中使用open函数打开或者创建目标文件，man手册中的open：

参数解读：

pathname：要打开或创建的目标文件

flags： 打开文件时，传入的参数选项，用一个或者多个常量进行 “或” 运算，构成flags。

mode：给目标文件设置的权限

flags参数：

注意：前面三个常量，必须指定一个且只能指定一个。

返回值：

打开成功返回目标文件的文件描述符fd，失败则返回 -1。

write

系统接口中使用write向目标文件写入数据，man手册中的write：

参数解读：

fildes：文件描述符

buf：数据缓冲区

nbyte：向文件中写入数据的字节数

返回值：

ssize_t：有符号整型，在32位机器上等同于int，在64位机器上等同于long

写入成功，则返回实际写入数据的字节数；

写入失败，则返回 -1。

利用系统接口写文件的例子：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
    umask(0);
    int fd = open("myfile.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0664);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
        return 1;
    }
    int count = 5;
    const char* msg = "hello world !\n";
    int len = strlen(msg);
    while(count--)
    {
        write(fd, msg, len);
    }
    close(fd);
    return 0;
}

read

系统接口中使用read函数读取文件中的数据，man手册中的read：

参数解读：

fildes：文件描述符

buf：数据缓冲区

nbyte：向文件中写入数据的字节数

返回值：

ssize_t：有符号整型，在32位机器上等同于int，在64位机器上等同于long

读取成功，则返回实际读取数据的字节数；

读取失败，则返回 -1。

利用系统接口读文件的例子：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main()
{
  int fd = open("myfile.txt", O_RDONLY);
  if(fd < 0)
  {
    perror("open");
    return 1;
  }
  const char* msg = "hello world !\n";
  char buf[1024];
  while(1)
  {
    ssize_t s = read(fd, buf, strlen(msg));//类比write
    if(s > 0)
    {
      printf("%s", buf);
    }
    else
    {
      break;
    }
  }
  close(fd);
  return 0;
}

close

系统接口中使用close关闭文件，man手册中的close：

参数解读：

fildes：文件描述符

返回值：

关闭成功，则返回 0；

关闭失败，则返回 -1。

【Linux学习】基础IO2：https://developer.aliyun.com/article/1383893