关于文件的一些概念

文件包含文件内容和文件属性

对文件的操作包括对文件内容的操作和对文件属性的操作，也有可能同时进行对文件内容和文件属性的操作

打开文件这个动作是指的将文件的属性和内容加载到内存中

磁盘上并不是所有的文件都会被加载到内存中

对文件的理解可以分为内存文件和磁盘文件

通常当我们在对文件进行操作（打开文件，访问文件....）时，实质上是程序加载到内存中变成的进程对文件进行操作

这里讨论的就是进程和“打开文件”的关系

C语言中的文件操作函数实际上是对系统接口的封装，在向文件写入数据时是对磁盘内进行写入，只有操作系统有资格向硬件磁盘写入。上层（用户）如何调用操作系统呢？要通过相应的系统接口！平时我们没有用到系统接口是因为C语言的函数都经过了封装。

为什么要进行封装？因为如果在程序中直接进行系统调用（linux环境），将代码放入到windows环境下就不会兼容。不具有跨平台特性。

为了更好地了解底层原理，所以我们有必要学一学文件级别的系统接口

1.系统接口

open

返回值小于0，打开失败。

flags代表打开方式，就像C语言中的r，w等等。不过这里要特殊一些。

O_RDONLY(只读), O_WRONLY(只写), O_RDWR(读写)，O_APPEND(读写)，O_CREAT(没有文件创建文件)，O_TRUNC(如果原来文件中有内容，将内容全部清空)等，他们实际上都是宏，是系统传递表计位，是用位图结构进行传递的，每一个宏标记，一般只需要一个比特位是1，并且和其他的宏对应的标记不能相同如下例。所以他们也可以是或的形式。

mode代表文件初始权限。如果被打开的文件是第一次出现，那么要给上初始权限。否则文件的显示权限部分会出现乱码(不等于最终权限)

#include<stdio.h>
#define O_A 0b0001
#define O_B 0b0010
#define O_C 0b0100
#define O_D 0b1000int main()
{int a = 1;if(a==O_A)printf("O_A");else if(a==O_B)printf("O_B");else if(a==O_C)printf("O_C");elseprintf("O_D");
}

int fd = open("text.txt",O_RDONLY)//只读
int fd = open("text.txt",O_WRONLY)//只写
int fd = open("text.txt",O_RDWR)//读写
int fd = open("text.txt",O_RDONLY|O_CREAT)//只读，如果没有文件创建文件
int fd = open("text.txt",O_RDONLY|O_WRONLY|O_CREAT)//读写，如果没有文件创建文件int fd = open("text.txt",O_RDONLY|O_CREAT，0777)；//初始权限给的是0777

write

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main()
{int fd = open("log.txt",O_RDWR|O_CREAT,0666);if(fd<0){perror("open");return 1;}const char* str = "hello world\n";write(fd,str,strlen(str));                                                                                                                                                         printf("%d\n",fd);close(fd);return 0;
}
//这里可以把字符串中的'\0'作为结束标志写入到文件中吗？答案是否定的，因为只有在C语言中
//'\0'是字符串结束的标志，在其他的打开方式下，'\0'可能会被识别成其他的字符！

read

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
int main()
{int fd = open("log.txt",O_RDWR|O_CREAT,0666);if(fd<0){perror("open");return 1;}char str[128];ssize_t s= read(fd,str,127);if(s>0){str[s] = '\0';printf("%s",str);                                                                                                                                                                }close(fd);return 0;
}

2.文件描述符

open函数的返回值fd就是文件描述符。每次打开函数后，fd都是从3开始的，那么0,1,2呢？这里可以直接说明：0是标准输入（键盘），1是标准输出（显示器），2是标准错误（显示器），每次都是默认打开的。不禁联想到C语言中的FILE* stdin，FILE* stdout，FILE* stderr。

验证：

linux下一切皆文件

被打开的文件在内存中，进程也在内存中。所以系统在运行过程中，会存在大量被打开的文件。操作系统要对这些文件进行管理。一个进程可以打开多个文件，那么操作系统如何让进程和其打开的文件映射起来呢？

不要有疑问，0,1,2->stdin,stdout,stderr，键盘，显示屏，虽然都是硬件，但是在linux中也可以作为文件管理。是怎样作为文件使用的呢？

文件描述符的分配规则

遍历files_struct的数组，找到一个最小的且未被使用的下标，分配给新的文件。

重定向

引入

先看一个有趣的代码：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
int main()
{close(1);int fd = open("log.txt",O_RDWR|O_CREAT,0666);if(fd < 0){perror("open");return 0;}fprintf(stdout,"这是一个进程");fflush(stdout);                                                                                                                                                                      close(fd);
}

最后它并不会在显示器上打印“这是一个进程”，而是将其写入到log.txt文件中。那么为什么会出现这种现象？那是因为发生了重定向，本来应该是向某个文件输入，但是输入到另一个文件。

dup函数

上图中的所有数据都是内核数据结构，只有(系统调用)操作系统才有权限提供接口修改内核数据结构。最常用的就是dup函数。

比较常用的就是dup2函数，oldfd为原来文件的描述符，newfd为重定向输出的文件描述符。

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
int main()
{int fd = open("log.txt",O_RDWR|O_CREAT,0666);if(fd < 0){perror("open");return 0;}//和上面的代码是等效的dup2(fd,1);fprintf(stdout,"这是一个进程");fflush(stdout);                                                                                                                                                                      close(fd);
}

理解缓冲区

缓冲区在哪？缓冲区并不在系统提供的接口中，缓冲区是由C语言提供的！被封装到了FILE中。

运行后会发现先打印的是hello write，过了5秒才打印了hello printf，因为hello printf首先被加载到了缓冲区，等到进程结束后才打印到了显示器上，而hello write则是直接被打印了出来，说明系统提供的接口write是没有缓冲区的。缓冲区的存在可以集中处理数据刷新，减少IO的次数，可以提高整机的效率。

在缓冲区刷新之前，关闭文件描述符会怎样？都关闭了门口了，肯定是打印不出来了呀！

什么时候刷新？

常规：无缓冲(立即刷新)；行缓冲(逐行刷新)显示器文件；全刷新(缓冲区满，刷新)块设备对应的文件，磁盘文件。

特殊：进程退出；用户强制刷新(fflush(*****))

缓冲区在FILE内部，在C语言中，我们每一次打开一个文件，都要有一个FILE*返回，每个文件都有一个fd和属于他自己的语言级别缓冲区！

为什么会出现这种情况呢？要知道刷新的本质是把缓冲区的数据write到OS内部，清空缓冲区！缓冲区是由自己的FILE内部维护的，是属于父进程内部的数据区域！前面的write是OS直接写到stdout的，所以直接打印。而fprint等是语言级别的接口，他们要先将数据写入到属于自己FILE的缓冲区内等待刷新，而最后的fork()产生了子进程，这时他们的数据代码都是共享的，当父进程结束时，要刷新缓冲区，这时父进程缓冲区的数据要被清除，所以子进程发生写时拷贝要将原来共享的数据(缓冲区中的数据)拷贝到新的区域中，当父进程结束后它的缓冲区内容被刷新到显示器上，随后子进程结束也被刷新到显示器上。

标准错误和标准输出的区别

标准错误和标准输出都是向显示器打印，有什么区别呢？标准错误和标准输出是通过不同的文件描述符打印到显示器上的！

在发生重定向时，没有说明默认就是重定向标准输出，如果要重定向标准错误则要加上2：

意义在哪里？可以区分程序中的日常信息和错误信息！方便查找错误。cout和cerr，printf和perror要分开使用。

如果不想分开这两个内容，想重定向到一个文件中：

先将1重定向到all.txt中，再把1的地址给2，那么2也指向1所指的文件，2也完成了重定向。

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