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文件操作是 基础io
学习的第一步,我们在 C语言
进阶中,就已经学习了文件相关操作,比如 fopen
和 fclose
,语言层面只要会用就行,但对于系统学习者来说,还要清楚这些函数是如何与硬件进行交互的
调用库函数进行文件操作时的流程
先来通过几个问题来理解文件
文件操作的本质是什么?
先描述,再组织
的方式对文件进行管理、操作只有 C/C++
这种偏底层的语言才有文件操作吗?
Java
;在进行文件操作时,不同语言使用方法可能有所不同,但 本质上都是在调用系统级接口进行操作文件由什么构成?一般文件放在哪里?
内容
+ 属性
磁盘
,而使用中的文件 属性
会被加载至内存中系统是如何区分文件的?
OS
为了管理好文件,会像使用 task_struct
管理进程一样,通过 struct file
存储文件属性进行管理struct file
结构体包含了文件的各种属性和链接关系文件是由谁打开的?
OS
完成文件打开任务,文件写入与读取时也是同理总结: 真正的文件操作需要结合系统底层学习,而我们之前的文件操作都是 进程
与 OS
间的交互
在学习 系统级文件操作 前,需要先回顾一下 C语言
中的文件操作
FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );
通过文件名以指定打开方式,打开文件
打开方式(参数2)
w
只写,如果文件不存在,会新建,文件写入前,会先清空内容a
追加,在文件末尾,对文件进行追加写入,追加前不会清空内容r
只读,打开已存在的文件进行读取,若文件不存在,会打开失败w+
、a+
、r+
读写兼具,区别在于是否会新建文件,只有 r+
不会新建//打开文件进行操作//在当前目录中打开文件 log.txt//注意:同一个文件,可以同时多次打开FILE* fp1 = fopen("log.txt", "w");//只读FILE* fp2 = fopen("log.txt", "a");//追加FILE* fp3 = fopen("log.txt", "r");//只写,文件不存在会打开失败FILE* fp4 = fopen("log.txt", "w+");//可读可写FILE* fp5 = fopen("log.txt", "a+");//可读可追加FILE* fp6 = fopen("log.txt", "r+");//可读可写,文件不存在会打开失败
若文件打开失败,会返回空 NULL
,可以在打开后判断是否成功
注意: 若参数1直接使用文件名,则此文件需要位于当前程序目录下,如果想指定目录存放,可以使用绝对路径
文件打开并使用后需要关闭,就像动态内存申请后需要释放一样
int fclose ( FILE * stream );
关闭已打开文件,只需通过 FILE*
指针进行操作即可
//对上面打开的文件进行关闭//无论以哪种方式打开,关闭方法都一样fclose(fp1);fclose(fp2);fclose(fp3);fclose(fp4);fclose(fp5);fclose(fp6);
注意: 只能对已打开的文件进行关闭,若文件不存在,会报错
C语言
对于文件写入有这几种方式:fputc
、fputs
、fwrite
、fprintf
和 snprintf
int fputc ( int character, FILE * stream );int fputs ( const char * str, FILE * stream );size_t fwrite ( const void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );int snprintf ( char * s, size_t n, const char * fORMat, ... );
前几种方式比较简单,无非就是 逐字符写入、逐行写入 与 格式化写入,这里主要来介绍一下 snprintf
snprintf
是 sprintf
的优化版,增加了读取字符长度控制,更加安全
buffer
数组"%d\n", 10
使用 snprintf
函数写入数据至缓冲区后,可以再次通过 fputs
函数,将缓冲区中的数据真正写入文件中
#include #include #define LOG "log.txt" //日志文件#define SIZE 32int main(){ FILE* fp = fopen(LOG, "w"); if(!fp) { perror("fopen file fail!"); //报错 exit(-1); //终止进程 } char buffer[SIZE]; //缓冲区 int cnt = 5; while(cnt--) { snprintf(buffer, SIZE, "%s\n", "Hello File!"); //写入数据至缓冲区 fputs(buffer, fp); //将缓冲区中的内容写入文件中 } fclose(fp); fp = NULL; return 0;}
得益于格式化控制,可以灵活地向日志文件中写入内容
读取与写入配套出现
int fgetc ( FILE * stream );char * fgets ( char * str, int num, FILE * stream );size_t fread ( void * ptr, size_t size, size_t count, FILE * stream );int fscanf ( FILE * stream, const char * format, ... );int sscanf ( const char * s, const char * format, ...);
可以使用 sscanf
按照一定的规则格式化读取字符串 s
#include int main(){ char s[] = "2023:3:24"; int arr[3]; char* buffer[4]; sscanf(s, "%d:%d:%d", arr, arr + 1, arr + 2); printf("%d\n%d\n%d\n", arr[0], arr[1], arr[2]); return 0;}
这个函数多用于 序列化与反序列化操作
关于更多 C语言
文件操作的知识 《C语言进阶——文件操作》
回顾完 C语言
文件相关操作后,就可以开始系统级文件操作的学习了
首先学习如何直接调用调用系统级函数 open
打开文件
#include #include #include int open(const char *pathname, int flags);int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);//可以修改权限
返回值:不同于 FILE*
,系统级文件打开函数返回类型为 int
,即 文件描述符( file descriptor )
,文件打开失败返回 -1
文件描述符很重要,将在下篇文章 《重定向本质》 中讲解
参数1:pathname
待操作文件名,和 fopen
一样
参数2:flags
打开选项,open
使用的标记位的方式传递选项信号,用一个 int
至多可以表示 32
个选项
参数3:mode
权限设置,文件起始权限为 0666
主要就是参数2有点复杂,使用了 位图 的方式进行多参数传递
可以利用这个特性,写一个关于位图的小demo
#include #include #define ONE 0x1#define TWO 0x2#define THREE 0x4void Test(int flags){ //模拟实现三种选项传递 if(flags & ONE) printf("This is one\n"); if(flags & TWO) printf("This is two\n"); if(flags & THREE) printf("This is three\n");}int main(){ Test(ONE | TWO | THREE); printf("-----------------------------------\n"); Test(ONE); //位图使得选项传递更加灵活 return 0;}
函数 open
中的参数2正是位图,其参数有很多个,这里列举部分
O_RDONLY//只读 O_WRONLY//只写 O_APPEND//追加 O_CREAT//新建 O_TRUNC//清空
实际使用时,可以按照位图demo中的方式进行参数传递
#include #include #include #include #include #include #include //write 的头文件#define LOG "log.txt" //日志文件#define SIZE 32int main(){ //三种参数组合,就构成了 fopen 中的 w int fd = open(LOG, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);//权限最好设置 if(fd == -1) { perror("open file fail1"); exit(-1); } const char* ps = "Hello System Call!\n"; int cnt = 5; while(cnt--) write(fd, ps, strlen(ps)); //不能将 '\0' 写入文件中 close(fd); return 0;}
注意:
open
中的参数3最好进行设置,否则创建出来的文件权限为随机值umask
默认为 0002
,当然也可以自定义write
写入字符串时,不要刻意加上 '\0'
,因为对于系统来说,这也只是一个普通的字符('\0'
作为字符串结尾只是 C语言
的规定)C语言
中的 fopen
调用 open
函数,其中的选项对应关系如下
w
-> O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC
a
-> O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND
r
-> O_RDONLY
所以只要我们想,使用 open
时,也能做到 只读方式 打开 不存在的文件,也不会报错,加个 O_CREAT
参数即可
close
函数根据文件描述符关闭文件
#include int close(int fildes);
linux 下一切皆文件
包括这三个标准流: stdin
、stdout
、stderr
它们的文件描述符依次为:0
、1
、2
,也可以通过 close(1)
的方式,关闭标准流
write
函数的返回值类型有点特殊,但使用方法与 fwrite
基本一致
#include ssize_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbyte);
向文件中写入字符串,前面已经演示过了~
read
读取很淳朴,只支持指定字符数读取
#include ssize_t read(int fildes, void *buf, size_t nbyte);
文件读取时,同样是借助缓冲区进行读取
#include #include #include #include #include #include #include //write 的头文件#define LOG "log.txt" //日志文件#define SIZE 1024int main(){ int fd = open("test.c", O_RDONLY); if(fd == -1) { perror("open file fail1"); exit(-1); } int n = 50; //读取50个字符 char buffer[SIZE]; int pos = 0; while(n--) { read(fd, (char*)buffer + pos, 1); pos++; } printf("%s\n", buffer); close(fd); return 0;}
读取 test.c
源文件中的 100
个字符
这些系统级函数成功使用的前提是文件描述符合法
最后再来简单小结一下文件的本质(结合系统级函数)
只要是在 Linux
平台中编写的程序,无论是 Java
、python
、PHP
还是其他语言,在进行文件相关操作时,其文件操作函数都有对系统级函数进行封装,也就是说,要想与硬件(磁盘)打交道,必须经过 系统调用 -> OS -> 驱动 这条路线,无法直接与硬件进行交互
以上就是基础IO【文件理解与操作】的全部内容了,本文主要是学习系统级文件操作函数,关于文件操作底层实现及重定向原理,将会在下篇文章讲解
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来源地址:https://blog.csdn.net/weixin_61437787/article/details/129752313
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本文标题: Linux基础IO【文件理解与操作】
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