10.1 文件I/O操作概述

在Linux系統(tǒng)中，文件I/O操作可以分為兩類，一類是基于文件描述符的I/O操作，另一類是基于數(shù)據(jù)流的I/O操作。

10.1.1 文件描述符簡介

在文件操作一章中，也經(jīng)常提到文件描述符這個概念。所謂文件描述符，就是進程與打開的文件的一個橋梁，通過這個橋梁，才可以在進程中對這個文件進行讀寫等操作。

在Linux環(huán)境下，每打開一個磁盤文件，都會在內(nèi)核中建立一個文件表項，文件表項中存儲著文件的狀態(tài)信息、存儲文件內(nèi)容的緩沖區(qū)和當前文件的讀寫位置。如果同一磁盤文件打開了3次，就會創(chuàng)建3個這樣的文件表項(a,b和c)，讀寫文件時，只會改變該文件表項中的文件讀寫位置。這3個文件表項存儲在一個文件表數(shù)組table[3]中，在這里table[0]=a,table[1]=b,table[2]=c。這個文件表的下標就稱之為文件描述符，將這個文件描述符存儲在一個數(shù)組中des[3]={0,1,2},那么，在進程中就可以通過這個des數(shù)組下標引用文件表項。也就是說，通過文件描述符就可以訪問到這個磁盤文件。

10.1.2 數(shù)據(jù)流概述

從數(shù)據(jù)操作方式這個角度來說，Linux系統(tǒng)中的文件(無論是普通文件還是設(shè)備文件)可以看做是數(shù)據(jù)流。對文件進行操作之前，必須先調(diào)用標準I/O庫函數(shù)fopen()將數(shù)據(jù)流打開。打開數(shù)據(jù)流之后，就可以對數(shù)據(jù)流進行輸入和輸出的操作。

標準I/O庫函數(shù)是C語言中所特有的用于高級接口的函數(shù)，這些庫函數(shù)存放在C語言的stdio.h頭文件中，因此這些用于數(shù)據(jù)流的I/O操作函數(shù)不僅適用于Linux系統(tǒng)，還適用于其他的操作系統(tǒng)。由此可見，此庫函數(shù)的引用大大增加了程序的移植性。

要對數(shù)據(jù)流進行讀寫操作時，需要標準I/O庫函數(shù)和FILE類型的文件指針一起來實現(xiàn)。這個文件指針石達開數(shù)據(jù)流時返回的指針，該指針用來表示要操作的數(shù)據(jù)流。

當執(zhí)行程序時，有3個數(shù)據(jù)流不需要特定的函數(shù)進行打開的操作，他們會自動打開。這3個數(shù)據(jù)流是標準輸入、標準輸出和標準錯誤輸出。他們是自動打開的，當不使用時，也會自動關(guān)閉。

然而，調(diào)用標準I/O庫函數(shù)fopen()打開的數(shù)據(jù)流，在對數(shù)據(jù)流進行操作后，需要調(diào)用fclose()函數(shù)將其關(guān)閉。fclose()函數(shù)在關(guān)閉數(shù)據(jù)流之前，會清空在操作過程中分配的緩沖區(qū)并保存數(shù)據(jù)信息。

10.2 基于文件描述符的I/O操作

10.2.1 文件的打開與關(guān)閉

1)open()函數(shù)

#include

#include

#include

int open(const char *pathname, int flags)

int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode)

int creat(const char *pathname, mode_t mode)

上述的兩個open()函數(shù)和一個creat()函數(shù)在調(diào)用成功時，都會返回其新分配的文件描述符；否則返值為-1，并設(shè)置適當?shù)膃rror。

2)close()函數(shù)

#incldue

int close(int fd)

當一個進程終止時，內(nèi)核對該進程的所有尚未關(guān)閉的文件描述符調(diào)用close()函數(shù)關(guān)閉，所以即使用戶程序不調(diào)用close()函數(shù)，在終止時內(nèi)核也會自動關(guān)閉它打開的所有文件。但是，對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器這種一直運行的程序，文件描述符一定要及時關(guān)閉，否則隨著打開的文件越來越多，會占用大量文件描述符和系統(tǒng)資源。

有函數(shù)open()返回的文件描述符一定是該進程尚未使用的最小描述符。由于程序啟動時自動打開標準輸入、標準輸出和標準錯誤輸出，因此文件描述符0,1,2會存在，那么第一次調(diào)用open()函數(shù)打開文件時返回的文件描述符通常會是3，再調(diào)用open()函數(shù)就會返回4.可以利用這一點在標準輸入、標準輸出或標準錯誤輸出上打開一個新文件，是想重定向的功能。例如，首先調(diào)用close()函數(shù)關(guān)閉文件描述符1，然后調(diào)用open()函數(shù)打開一個常規(guī)文件，則一定會返回文件描述符1，這是標準輸出就不再是終端，而是一個常規(guī)文件了，再調(diào)用printf()函數(shù)就不打印到屏幕上，而是寫到這個文件中了。在文件操作一章中講到的dup2()函數(shù)就是另外一種在指定的文件描述符上打開文件的方法。

10.2.2 文件的讀寫操作

1)read()函數(shù)

#include

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

2)write()函數(shù)

#include

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

10.2.3 文件的定位

每個文件都記錄著當前讀寫位置，打開文件時讀寫位置是0，表示文件開頭，通常讀寫多少個自己就會將讀寫位置往后移多少個字節(jié)。

以O(shè)_APPEND方式打開文件，每次寫操作都會在文件末尾追加數(shù)據(jù)，然后間讀寫位置移動到新的文件末尾。

1)lseek()函數(shù)

lseek()函數(shù)可以移動當前讀寫位置，通常稱為偏移量，該函數(shù)的定義形式如下：

#include

#include

off_t lseek(int fildes, off_t offset, int whence)

10.3 基于數(shù)據(jù)流的I/O操作

10.3.1 文件的打開與關(guān)閉

在操作文件之前要用fopen()函數(shù)打開文件，操作結(jié)束后，要用fclose()函數(shù)關(guān)閉文件。

1)fopen()函數(shù)

#include

FILE *foepn(cosnt char *path, cosnt char *mode)

2)fclose()函數(shù)

#include

int fclose(FILE *fp)

10.3.2 字符輸入/輸出

1)fgetc()函數(shù)

fgetc()函數(shù)從指定的文件中讀一個字節(jié)，該函數(shù)的定義形式如下：

#include

int fgetc(FILE *stream)

在程序中，偶爾會遇到getchar()函數(shù)，也是用于讀取一個字節(jié)，但它是從標準輸入讀一個字節(jié)。在程序中調(diào)用getchar()函數(shù)相當于調(diào)動fgetc(stdin)

在使用fgetc()函數(shù)時需要注意一下幾點：

①調(diào)用fgetc()函數(shù)時，指定的文件的打開方式必須是可讀的。

②函數(shù)fgetc()調(diào)用成功時，返回的是讀到的字節(jié)，應(yīng)該為unsigned char，但fgetc()函數(shù)在原型中返回值類型時int，原因在于函數(shù)調(diào)用出錯或讀到文件末尾時fgetc()會返回EOF，即-1，保存在int型的返回值是0xffffffff,如果讀到字節(jié)0xff，由unsigned char型轉(zhuǎn)換int 型時0x000000ff，只有規(guī)定返回值是int型才能把這種情況區(qū)分開，如果規(guī)定返回值是unsigned char型，那么當返回值是0xff時則無法區(qū)分到底是EOF還是字節(jié)0xff。

2)fputc()函數(shù)

#include

int fputc(int c, FILE *stream)

10.3.3 字符串輸入/輸出

1)fgets()函數(shù)

#include

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream)

對于fgets()函數(shù)而言，'\n'是一個特別的字符，作為結(jié)束符；而'\0'并無任何特別之處，只用作普通字符串讀入。正因為'\0'作為一個普通的字符串，因此無法判斷緩沖區(qū)中的'\0'究竟是從文件讀上來的字符還是有fgets()函數(shù)自主添加的結(jié)束符，所以fgets()函數(shù)只用于讀文本文件而不提倡讀二進制文件，并且文本文件中的所有字符串不能有'\0'。

2)fputs()

#include

int fputs(const char *s, FILE *stream)

緩沖區(qū)s中保存的是以'\0'結(jié)尾的字符串，fputs()將該字符串寫入文件stream，但并不寫入結(jié)尾的'\0'，且字符串中可以有'\n',也可以沒有'\n'。

10.3.4 數(shù)據(jù)塊輸入/輸出

1)fread()和fwrite()函數(shù)

#include

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream)

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream)

10.3.5 格式化輸入/輸出

所謂格式化輸入/輸出，就是按照一定的格式將數(shù)據(jù)進行輸入/輸出操作。在程序中經(jīng)常用到的printf()函數(shù)和scanf()函數(shù)是用于對終端設(shè)備文件的讀寫操作，這兩個函數(shù)被稱為格式化輸入/輸出，因為在使用這兩個函數(shù)時，需要制定讀寫數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型并按照一定的格式進行讀寫。

1)格式化輸入函數(shù)

#include

int printf(const char *format,...)

int fprintf(FILE *stream, const char *format)

int sprintf(char *str, size_t size, const char *format,...)

2)格式化輸出函數(shù)

#include

int scanf(const char *format,...)

int fscanf(FILE *stream, const char *format,...)

int sscanf(const char *str, const char *format,...)

10.3.6 操作讀寫位置的函數(shù)

1)fseek()函數(shù)

#inlcude

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence)

函數(shù)fseek()的作用是用來移動文件內(nèi)部位置指針。

2)ftell()函數(shù)

#inlcude

long ftell(FILE *stream)

ftell()函數(shù)的作用是得到stream指定的流式文件中的位置。

3)rewind()函數(shù)

void rewind(FILE *stream)

rewind()函數(shù)的作用是使位置指針重新返回文件的開頭，該函數(shù)沒有返回值。

10.3.7 C標準的I/O緩沖區(qū)

C標準庫在調(diào)用fopen()函數(shù)時，都會給此文件分配一個I/O緩沖區(qū)，可以加速讀寫操作，原因在于用戶程序需要調(diào)用C標準I/O庫函數(shù)(如fread()、fwrite()等基于文件流I/O操作)讀寫文件，當緩沖區(qū)裝滿后，再由系統(tǒng)調(diào)用的I/O函數(shù)(如read()、write()等基于文件描述符的I/O操作)把讀寫請求傳給內(nèi)核，最終由內(nèi)核驅(qū)動磁盤或設(shè)備完成I/O操作。

由此看來，為文件分配的內(nèi)存緩沖區(qū)大小，直接影響到實際操作外村設(shè)備的次數(shù)，內(nèi)存中為未見分配的緩沖區(qū)越大，操作外存的次數(shù)會越小，因此讀寫數(shù)據(jù)的速度會越來越快，效率就會隨之增高。

然而，有時用戶程序等不及將緩沖區(qū)都裝滿之后再傳給內(nèi)核，進行I/O操作，而是希望把I/O緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)立刻傳給內(nèi)核，讓內(nèi)核寫回設(shè)備，這種行為叫做flush操作，對應(yīng)的庫函數(shù)是fflush()。

C標準庫的I/O緩沖區(qū)有全緩沖、行緩沖和無緩沖3種類型。

1)全緩沖：如果緩沖區(qū)寫滿了，就寫回內(nèi)核。普通文件通常是全緩沖的。

2)行緩沖：如果用戶程序?qū)懙臄?shù)據(jù)中有'\n'，就把這一行寫回內(nèi)核，或者緩沖區(qū)寫滿后就寫回內(nèi)核。標準輸入和標準輸出對應(yīng)中斷設(shè)備時通常是行緩沖。

3)無緩沖：用戶程序每次調(diào)庫函數(shù)做寫操作都要通過系統(tǒng)調(diào)用寫回內(nèi)核。標準錯誤輸出通常是無緩沖的。這樣用戶程序產(chǎn)生的錯誤信息就可以盡快輸出到設(shè)備。

使用緩沖區(qū)時，會使用到如下兩類操作，一個是設(shè)置緩沖區(qū)屬性，另外一個是清空緩沖區(qū)。

4)設(shè)置緩沖區(qū)屬性

#include

void setbuf(FILE *stream, char *buf)

void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size_t size)

void setlinebuf(FILE *stream)

int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size)

setbuf()函數(shù)主要實現(xiàn)了為參數(shù)buf所指定的緩沖區(qū)設(shè)置大小。此函數(shù)中，設(shè)定緩沖區(qū)大小的值只有兩個，一個是常數(shù)BUFSIZ，另一個是NULL。當定義值為BUFSIZ時，代表設(shè)置緩沖區(qū)為全緩沖；若為NULL，則代表設(shè)置緩沖區(qū)為無緩沖形式。

setbuffer()與setbuf()功能相同，只是setbuffer()函數(shù)可以任意指定緩沖區(qū)大小為size

setlinebuf()函數(shù)實現(xiàn)了將stream指向的緩沖區(qū)設(shè)置為行緩沖。

setvbuf()函數(shù)融合了上述3種函數(shù)的功能，既可以設(shè)置緩沖區(qū)的任意大小size，也可以設(shè)置緩沖區(qū)的任意類型，如mode參數(shù)取值為_IOFBF(全緩沖類型)、_IOLBF(行緩沖類型)或_IONBF(無緩沖類型)。

5)清空緩沖區(qū)

#include

int fflush(FILE *stream)

fflush()函數(shù)實現(xiàn)將緩沖區(qū)中的尚未寫入文件的數(shù)據(jù)強制性地寫進stream所指定的文件中，然后清空緩沖區(qū)。如果stream為NULL，此函數(shù)會將所有打開的文件數(shù)據(jù)更新。

10.4 小結(jié)

本章主要介紹了Linux系統(tǒng)下的文件I/O操作。在Linux系統(tǒng)下存在兩種文件I/O操作，一種是基于文件描述符的I/O操作，這里面的I/O操作都是Linux系統(tǒng)中提供并直接作用于內(nèi)核的，是非緩沖的I/O操作；另一種I/O操作是基于數(shù)據(jù)流的I/O操作，是由C語言的stdio庫所提供的，需要在內(nèi)存中開辟一塊緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)中進行快速地讀寫操作。本章主要結(jié)合典型實例介紹了上述兩種I/O操作方式對文件的打開、關(guān)閉、讀、寫、文件定位等操作。

注：感覺本文10.3.5之前的內(nèi)容對我有用，讓我大概明白了基于數(shù)據(jù)流的文件I/O和基于文件描述符的文件I/O操作之間的區(qū)別。但是如果在給出其中的從操作函數(shù)之后給出一些實例就更好了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux c文件操作,Linux C 文件的输入/输出操作的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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