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一. 如何在系统层面上理解文件
二. 语言层面上的文件IO函数
三. Linux操作系统提供的IO接口
3.1 open接口 -- 打开文件
3.2 close接口 -- 关闭文件
3.3 write接口 -- 向文件中写内容
3.4 read接口 -- 从文件中读取内容
四. 总结
一. 如何在系统层面上理解文件
在Linux操作系统层面，可以认为，只要能进行input写入或output读取的任何的任何设备，都可以被理解为文件，我们可以从狭义和广义两个方面认识文件的概念：
- 狭义上的文件：磁盘文件
- 广义上的文件：任何可以进行IO操作的设备，包括显示器、键盘、声卡、网卡、磁盘、光盘、音响、磁带、光盘等。
换句话说就是：Linux下一切皆文件。
文件 = 内容 + 属性，对文件的操作无外乎就是对内容的操作和对属性的操作。因此，就算一个文件的内容为空，那么它的属性信息也要存储在磁盘中，也要占用存储空间。
通过Linux操作系统的ls -l (可简写为ll) 指令，可以查看文件的属性信息，包括文件的类型、权限信息、链接数、拥有者、所属组、文件内容占用空间大小、最近一次修改的时间、文件名。
本质上，只有操作系统有权利对文件进行读写操作。用户对于文件的任何操作，其本质是都是调用操作系统的相关IO接口来完成的，只不过为了方便不同用户的使用，操作系统及各种编程语言，会通过图形化界面、库函数等方式，封装文件的IO接口。
如果我们希望通过代码来访问文件，那么操作流程依次为：写代码 -> 编译源代码 -> 载入内存运行，创建进程 -> 访问文件。因此，我们还可以认为，访问文件的操作本质是由进程来完成的。
二. 语言层面上的文件IO函数
C/C++均提供了相应的库函数/类，来实现的文件得IO操作
- C语言读文件函数：fgets、fgetc、fread、fscanf等。
- C语言写文件函数：fputs、fputc、fwrite、fprintf等。
- C++写文件类：std::ofstream，通过流插入运算符 << 来写文件。
- C++读文件类：std::ifstream，通过流提取运算符 >> 来读文件。
这些语言层面的IO函数，在底层都封装了操作系统提供的IO接口。那么，既然操作系统已经提供了IO接口，为什么各种语言语言还要提供自己的IO函数呢？这可以从以下两个方面来理解：
- 语言层面的IO函数相对于系统接口使用难度较低。
- 语言具有跨平台的性能，而如果直接使用系统接口，那么代码就不具有跨平台性。
提问：库函数怎样针对不同的OS平台，实现不同版本的IO函数呢？答：一般采用条件编译#ifdef/#endif的方法来实现，在库函数中将全部平台下的IO接口都进行封装，实现不同底层原理的IO函数，再根据运行的平台，来对库函数代码选取一部分进行编译。
不同的语言，会提供不同的IO接口函数，但是，在同一操作系统平台下，系统IO的接口都是一样的，无论语言层面的IO接口再怎么变化，在底层都需要封装系统IO接口。
三. Linux操作系统提供的IO接口
3.1 open接口 -- 打开文件
用于打开文件的系统接口（可能创建文件），有下面两种格式：
- int open(const char* file, int flag)
- int open(const char* file, int flag, int mode)
使用open函数，要包含三个头文件：<sys/types.h>、<sys/stat.h>和<sys/fcntl.h>
其中，file的意义为文件打开的路径，flag为打开方式的标识方法，mode为如果要创建文件的话文件的起始权限。
关于file，就是带有路径的文件的文件名。flag类似于C语言的open函数中"w"、"a"、"r"等打开方式控制的标识，主要的flag和对应的功能以下几种：
- O_RDONLY -- 以只读方式打开文件。
- O_WRONLY -- 以只写的方式打开文件。
- O_RDWR -- 读写方式打开文件。
- O_CREAT -- 如果指定的文件不存在，那就创建它。注意O_WRONLY与C语言的"w"不同的是，在open中只声明O_WRONLY并不会在文件不存在的时候创建文件。
- O_APPEND -- 追加写入文件的内容，而不覆盖文件原有内容。
- O_TRUNC -- 清空文件的内容后写文件。如果仅仅声明O_WRONLY，那么仅仅是在文件起始位置开始写数据，写多少内容覆盖文件原来的多少内容，不会情况原有内容。
如果我们同时需要两种flag的功能，那么应该使用按位或操作符，来同时对两个位置进行标记。如：我们希望open以只写的方式打开某个文件的同时在文件不存在的时候创建它，那么flag的传参方式为O_WRONLY|O_CREAT。
mode为文件创建的起始权限，以8进制的方式传参，如果我们希望创建文件的起始权限为拥有者、所属组和其它人都是rw-，那么在调用open时就应该给mode传0666。
但是，实际创建文件的起始权限，要经过系统的文件权限掩码过滤相应权限。Linux系统默认的文件掩码一般为0002，即：其它人不能拥有写文件的权限。那么，我们就可以在创建的进程的文件中，使用umask(0000)，将该进程中的文件掩码暂时改为0000，不对任何权限进行过滤，这样就可以按照希望的方式给定文件的起始权限。
open接口的返回值：a.如果文件打开成功，就返回被打开的文件的文件描述符。b.如果文件打开失败，那么就返回-1。
再使用open之后，应当通过if判断open函数的返回值，再确保文件打开成功之后，再使用文件。
代码3.1：文件打开
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/fcntl.h>
int main()
{
int fd1 = open("log1.txt", O_WRONLY|O_CREAT); //以只写的方式打开log1.txt文件，如果文件不存在就创建
if(fd1 < 0) //判断打开是否成功
{
perror("open fd1");
return 1;
}
//下面省略打开文件是否成功的判断
int fd2 = open("log2.txt", O_RDONLY); //以只读方式打开log2.txt文件
int fd3 = open("log3.txt", O_WRONLY|O_APPEND); //以追加写的方式打开log3.txt文件
int fd4 = open("log4.txt", O_WRONLY|O_TRUNC); //清空文件原有内容再写入
umask(0000); //在此之后，权限掩码为0000
int fd5 = open("log5.txt", O_WRONLY|O_CREAT, 0666); //给定权限0666创建文件
close(fd1);
close(fd2);
close(fd3);
close(fd4);
close(fd5);
return 0;
} 3.2 close接口 -- 关闭文件
close用于关闭某个被open接口打开的文件，其函数原型为：
- int close(int fd) -- 其中fd为文件描述符，关闭文件成功返回0，失败返回-1。
使用close函数需要包含的头文件：<unistd.h>
close一般配合open的返回值使用，如果传入错误的文件描述符，那么close就会失败。
3.3 write接口 -- 向文件中写内容
- 函数原型：ssize_t wirte(int fd, const void* ptr, size_t count)
- 函数功能：将从ptr位置处开始的count个字节的内容，写入到fd所对应的文件中去。
- 函数返回值：返回实际写入到文件中的bytes数。
使用write函数需要包含的头文件：<unistd.h>
代码3.2：写文件文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-525528.html
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/fcntl.h>
int main()
{
int fd1 = open("log1.txt", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC);
if(fd1 < 0)
{
perror("open fd1");
return 1;
}
const char* s1 = "hello world\n";
//这里不需要strlen(s) + 1
//字符串末尾以\0结尾是语言层面的规则，与文件无关
write(fd1, s1, strlen(s1));
write(fd1, s1, strlen(s1));
write(fd1, s1, strlen(s1));
int fd2 = open("log2.txt", O_WRONLY|O_CREAT|O_APPEND|O_TRUNC);
if(fd2 < 0)
{
perror("open fd2");
return 2;
}
const char* s2 = "hello Linux\n";
write(fd2, s2, strlen(s2));
write(fd2, s2, strlen(s2));
write(fd2, s2, strlen(s2));
close(fd1);
close(fd2);
return 0;
}
3.4 read接口 -- 从文件中读取内容
- ssize_t read(int fd, void *buff, size_t count)
- 从fd确定的文件后缀读取count个字符，到buff所指向的内存空间中去。
- 函数返回值：a.如果成功从文件中读取到内容，就返回实际读取到的内容的bytes数 b.如果读到了文件的末尾，就返回0。
代码3.3：read读取文件内容文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-525528.html
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<sys/fcntl.h>
int main()
{
int fd = open("log1.txt", O_RDONLY); //只读方式打开文件
if(fd < 0) //检查文件是否打开成功
{
perror("open");
return 1;
}
char buff[100]; //记录存储从文件中读取到的内容
memset(buff, '\0', 100); //空间内容初始化
ssize_t ret = read(fd, buff, 100); //读取100字节的内容到buff中
printf("ret = %d\n", ret);
printf("buff:%s\n", buff);
close(fd);
return 0;
} 四. 总结
- 在操作系统层面，一切可以进行IO操作的设备都被视为文件。从狭义上讲文件就是磁盘文件，从广义上讲文件包含磁盘、显示器、键盘、鼠标、网卡、声卡等诸多设备。
- 每一种编程语言都会提高特定的IO接口，对系统IO接口进行封装，从而方便用户的使用、实现语言的跨平台性能。
- Linux操作系统提供了open、write、read、close等系统调用接口，用于文件IO操作。
到了这里，关于Liunx系统编程：系统层面上的文件IO接口的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
