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1. 预备知识
文件= 内容+属性
对应文件的操作，对内容的操作，对属性的操作
当文件没有被操作的时候，一般在磁盘中
当对文件进行操作的时候，一般在内存中，因为冯诺依曼体系规定
当我们对文件进行操作的时候，文件需要提前加载到内存中，提前加载的是属性
当我们对文件进行操作的时候，文件需要提前加载到内存中，不只有你在load，内存中一定存在大量的不同文件属性
- 打开文件本质就是将需要的属性加载到内存中，OS内部一定会同时存在大量的被打开的文件，操作系统就会通过先描述，在组织的方式管理这些被打开的文件
- 先描述，构建在内存中的文件结构体 struct file{ 文件属性，struct file*next}，表明被打开的文件 每一个被打开的文件，都要在OS内对应 文件对象的struct 结构体，可以将所有的struct结构体通过某种数据结构链接起来，在OS内部，对被打开的文件进行管理，就会转换为对链表的增删查改
结论：文件被打开，OS要为被打开的文件，创建对应的内核数据结构，struct file结构体 ，该结构体包含各种属性，各种链接关系
2. 回忆C接口
fopen
FILE *fopen(const char *path, const char *mode);
第一个参数为 打开文件对应的路径
第二个参数为 打开文件对应的权限
如果打开成功，返回FILE指针，否则返回NULL
创建myfile.c文件
E>#include<stdio.h>#defineLOG"log.txt"
E>intmain(){
FILE*fp=fopen(LOG,"w");//默认写方式 打开文件，如果文件不存在，就创建它 if(fp==NULL){perror("fopen");//报错 return1;}fclose(fp);//关闭文件 return0;}
fputs
int fputs(const char *s, FILE *stream);
你想要写的字符串，写入特定的流当中，成功返回字符串字符个数，失败返回-1
#include<stdio.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){
FILE*fp=fopen(LOG,"w");//默认写方式 打开文件，如果文件不存在，就创建它 if(fp==NULL){perror("fopen");//报错 return1;}//进行文件操作 constchar*msg="bbb\n";fputs(msg,fp);fclose(fp);//关闭文件 return0;}
将msg字符串中的数据写入fp流中
fprintf
int fprintf(FILE *stream, const char *format, …);
指定文件流，向文件打印
指定文件流fp，而fp打开的文件为log.txt，所以将msg数据打印到log.txt文件中
因为Linux中一切皆文件，所以也可以传入stdout(标准输出流)中，stdout也对应一个文件，即显示器文件
运行可执行程序，结果显示到显示器了
snprintf
int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, …);
通过格式化流的方式，把字符串信息自定义格式化到字符串缓冲区中，并规定大小
将msg中的数据打印到buffer字符串中，同时使用fputs将buffer中的数据写入刚刚打开的文件log.txt中
追加方式—— a
追加，不会清空文件，而是每一次写入都是从文件尾部写入的
修改myfile.c文件内容
#include<stdio.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){
FILE*fp=fopen(LOG,"a");//默认写方式 打开文件，如果文件不存在，就创建它 if(fp==NULL){perror("fopen");//报错 return1;}//进行文件操作 constchar*msg="bbb\n";int cnt=1;while(cnt){fputs(msg,fp);
cnt--;}fclose(fp);//关闭文件 return0;}
多次运行可执行程序，发现可追加
以读方式—— r
char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
从特定的文件流中按行所取对应的文件，将读到的内容放到缓冲区中
修改myfile.c文件内容
#include<stdio.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){
FILE*fp=fopen(LOG,"r");if(fp==NULL){perror("fopen");//报错 return1;}//进行文件操作 while(1){char line[128];if(fgets(line,sizeof(line),fp)==NULL)break;else{printf("%s",line);}}fclose(fp);//关闭文件 return0;}
从fp中读取到line中，如果当前读取返回NULL说明读取失败 ，返回break
此时运行可执行程序，即可看到对应文件中的内容
3.操作系统如何进行读写文件操作
open
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
第一个参数代表 文件路径+文件名
第二个参数 代表 文件对应的选项(选项的问题后面会提)
如果打开成功了，就会返回新的文件描述符，如果打开失败，返回 -1
操作系统是如何让用户给自己传递标志位的
我们怎么做
通过写一个 函数 若 int XXX (int flag) ，传递参数flag flag=1/2/3 ，将flag进行赋值系统怎么做
操作系统存在系统调用接口 int YYY (int flag)，flag作为一个整数，有32个比特位，可以用一个比特位表示一个标志位
，一个int 就可以同时传递至少32个标记位
此时的flag 就可以看作数据类型 位图 看待
理解标记位的问题
创建test.c文件
#include<stdio.h>//分别代表从右向左的每个比特位 #defineONE0x1#defineTWO0x2#defineTHREE0x4#defineFOUR0x8voidprint(int flag){if(flag & ONE )printf("hello 1\n");//充当函数的不同行为 if(flag & TWO)printf("hello 2\n");if(flag & THREE)printf("hello 3\n");if(flag & FOUR)printf("hello 4\n");}intmain(){printf("-------------------------------------\n");print(ONE);//打印one printf("-------------------------------------\n");print(ONE|TWO);//打印one two printf("-------------------------------------\n");print(ONE|TWO|THREE);//打印 one two three printf("-------------------------------------\n");print(ONE|TWO|THREE|FOUR);//打印 one two three four printf("-------------------------------------\n");return0;}
通过整数flag 一次传递多个标志位
0000 0000
将最后的四个比特位通过宏的方式分别记录下来
再与flag 按位与 ，若为真，则说明传递的flag 是 这4个比特位中的其中一个
执行可执行程序，此时分别打印出了 one two three four的运行结果
类比上述 open的第二个参数flag ，存在多个标志位，同通过宏来实现，每一个标志位都代表不同的值
新创建文件权限不正确
- O_CREAT ：文件不存在就打开，不存在就创建一个文件
- O_WRONLY： 以写方式打开文件
在myfile.c文件中重新输入代码
#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){int fd=open(LOG, O_WRONLY| O_CREAT);//打开一个文件,若文件不存在则重新创建一个if(fd==-1)//说明打开失败{printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n",fd,errno,strerror(errno));//打印出错误信息}elseprintf("fd :%d\n", fd);close(fd);//关闭文件 return0;}
运行可执行程序，发现
假设log.txt文件不存在，通过创建文件并打开文件，发现新文件的权限不正常
因为在Linux中创建一个文件需要有对应的权限的
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
所以在文件不存在时，一般采用有三个参数接口的open
mode代表权限
修改myfile.c文件的内容
#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){int fd=open(LOG, O_WRONLY| O_CREAT,0666);//打开一个文件,若文件不存在则重新创建一个 if(fd==-1)//说明打开失败 {
E>printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n",fd,errno,strerror(errno));//打印出错误信息 }elseprintf("fd :%d\n", fd);close(fd);//关闭文件 return0;}
0666 ：拥有者 所属组 other都有读写权限
此时log.txt文件拥有正常的权限
但是输入的是666 ，显示的却是664，即other没有写权限
因为创建一个文件时，默认权限受到umask的影响
解决 umask的权限
使用
man 2 umask
查看
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
mode_t umask(mode_t mask);
可以影响当前进程启动时，属于自己的umask，采取就近原则，因为自己设置离的更近所以使用自己设置的umask
而不是系统的umask
修改myfile.c文件的内容
#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){umask(0);//将权限掩码设置成0 int fd=open(LOG, O_WRONLY| O_CREAT,0666);//打开一个文件,若文件不存在则重新创建一个 if(fd==-1)//说明打开失败 {printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n",fd,errno,strerror(errno));//打印出错误信息 }elseprintf("fd :%d\n", fd);close(fd);//关闭文件 return0;}
使用umask (0) 将权限掩码设置成0
此时log.txt文件的权限为 666
write
通过
man 2 write
查看文件写入接口
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
fd代表文件描述符
buf代表 缓冲区
count代表 缓冲区大小
write将缓冲区的count大小的数据写入 fd中
返回值代表实际写入多少字节
修改myfile.c文件内容
include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<string.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){umask(0);//将权限掩码设置成0 int fd=open(LOG, O_WRONLY| O_CREAT,0666);//打开一个文件,若文件不存在则重新创建一个 if(fd==-1)//说明打开失败 {printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n",fd,errno,strerror(errno));//打印出错误信息 }elseprintf("fd :%d\n", fd);constchar* msg="hello world";int cnt=5;while(cnt){char line[128];snprintf(line,sizeof(line),"%s,%d\n",msg,cnt);//将msg和cnt写入line缓冲区中 write(fd,line,strlen(line)+1);//将line写入fd中
cnt--;}close(fd);//关闭文件 return0;}
若 strlen(line)+1 ，则打开log.txt文件时发现出现乱码，因为数字0在ASCII表中属于不可显示字符
所以为了不出现乱码，所以strlen(line) 不应该+1，因为\0是c语言的规定，不是文件的规定
修改myfile.c文件内容
#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<string.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){umask(0);//将权限掩码设置成0 int fd=open(LOG, O_WRONLY| O_CREAT,0666);//打开一个文件,若文件不存在则重新创建一个 if(fd==-1)//说明打开失败 {printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n",fd,errno,strerror(errno));//打印出错误信息 }elseprintf("fd :%d\n", fd);constchar* msg="hello world";int cnt=5;while(cnt){char line[128];snprintf(line,sizeof(line),"%s,%d\n",msg,cnt);//将msg和cnt写入line缓冲区中 write(fd,line,strlen(line));//将line写入fd中 strlen不要+1
cnt--;}close(fd);//关闭文件 return0;}
此时strlen不加1
默认不会对原始文件清空
修改myfile.c文件内容,msg和cnt的数据内容
#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<string.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){umask(0);//将权限掩码设置成0 int fd=open(LOG, O_WRONLY| O_CREAT,0666);//打开一个文件,若文件不存在则重新创建一个 if(fd==-1)//说明打开失败 {printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n",fd,errno,strerror(errno));//打印出错误信息 }elseprintf("fd :%d\n", fd);constchar* msg="aaaaa";int cnt=1;while(cnt){char line[128];snprintf(line,sizeof(line),"%s,%d\n",msg,cnt);//将msg和cnt写入line缓冲区中 write(fd,line,strlen(line));//将line写入fd中 strlen不要+1
cnt--;}close(fd);//关闭文件 return0;}
O_WRONLY | O_CREAT 默认不会对原始文件清空
O_TRUNC : 将文件做清空
修改myfile.c文件内容
#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<string.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){umask(0);//将权限掩码设置成0 int fd=open(LOG, O_WRONLY| O_CREAT| O_TRUNC,0666);//打开一个文件,若文件不存在则重新创建一个 if(fd==-1)//说明打开失败 {printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n",fd,errno,strerror(errno));//打印出错误信息 }elseprintf("fd :%d\n", fd);constchar* msg="aaaaa";int cnt=1;while(cnt){char line[128];snprintf(line,sizeof(line),"%s,%d\n",msg,cnt);//将msg和cnt写入line缓冲区中 write(fd,line,strlen(line));//将line写入fd中 strlen不要+1
cnt--;}close(fd);//关闭文件 return0;}
此时再次调用log.txt文件，就会将之前文件中内容清空’
系统层面追加
O_APPEND 追加
O_WRONLY： 以写方式打开文件
O_WRONLY | O_APPEND | O_CREAT 若文件存在就以写的方式追加，若文件不存在则创建
修改myfile.c文件内容
#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<string.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){umask(0);//将权限掩码设置成0 int fd=open(LOG,O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND ,0666);//打开一个文件,若文件不存在则重新创建一个 if(fd==-1)//说明打开失败 {printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n",fd,errno,strerror(errno));//打印出错误信息 }elseprintf("fd :%d\n", fd);constchar* msg="bbb";int cnt=1;while(cnt){char line[128];snprintf(line,sizeof(line),"%s,%d\n",msg,cnt);//将msg和cnt写入line缓冲区中 write(fd,line,strlen(line));//将line写入fd中 strlen不要+1
cnt--;}close(fd);//关闭文件 return0;}
此时重复运行可执行程序，打开log.txt文件 ，发现可以追加
系统层面 读取
O_RDONLY ： 读取
输入
man 2 read
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
从文件描述符fd中将我们想要的数据，按照数据块的方式读取出来
返回值代表多少字节，读取到文件结尾为0，失败为-1
#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<string.h>#defineLOG"log.txt"intmain(){umask(0);//将权限掩码设置成0 int fd=open(LOG, O_RDONLY );//打开一个文件,若文件不存在则重新创建一个 if(fd==-1)//说明打开失败 {printf("fd:%d,errno:%d,errstring:%s\n",fd,errno,strerror(errno));//打印出错误信息 }elseprintf("fd :%d\n", fd);char buffer[1024];
ssize_t n=read(fd,buffer,sizeof(buffer)-1);//使用系统接口来进行IO的时候，一定要注意\0的问题 if(n>0)//成功了，实际读到了多少字节 {
buffer[n]='\0';printf("%s\n",buffer);}close(fd);//关闭文件 return0;}
运行可执行程序，可以直接读取到数据
总结
操作系统不相信任何用户，所以操作系统给用户提供系统调用
程序员调用库的接口，而库的接口必定要调用系统调用
打开文件的本质是文件相关的内容加载到内存里
把数据触发从磁盘到内存
把数据从自己的程序写入硬盘上，一定会涉及到对硬件的访问
用户不能使用c/c++库绕过操作系统去访问
软硬件各种资源属于操作系统的，操作系统是硬件的管理者
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