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11.基础IO（上）

news 来源：原创 2025/6/27 10:22:53

一、文件概念

对文件归类认知：

对于 0KB 的空文件是占用磁盘空间的

文件是文件属性（元数据）和文件内容的集合（文件 = 属性（元数据）+ 内容）

所有的文件操作本质是文件内容操作和文件属性操作。

系统角度理解：

对文件的操作本质是进程对文件的操作。

磁盘的管理者是操作系统。

文件的读写本质不是通过 C 语言 / C++ 的库函数来操作的（这些库函数只是为用户提供方便），而是通过文件相关的系统调用接口来实现的。

访问文件，需要打开文件！

谁来打开文件？进程打开的文件。

对文件的操作，本质是进程对文件的操作！

操作系统要把被打开的文件管理起来，先描述，再组织。

文件分为：

1.内存级文件（被打开的文件）

2.磁盘级文件

二、回顾C文件接口

1.stdin，stdout，stderr

C程序会默认打开三个输入输出流，stdin，stdout，stderr。

stdin标准输入（键盘），stdout标准输出（显示器），stderr标准错误（显示器）

2.C语言文件操作

1.fopen选项解析

fopen的选项描述如下：

其中，w写，如果文件存在，会清空再写入，如果文件不存在，会创建文件再写入。

a追加写，如果文件不存在，会创建文件，追加写。

2.不带路径的文件打开

FILE *fp = fopen( "myfile" , "w" );

打开的myfile文件在哪个路径下？

在程序的当前路径下，那系统怎么知道程序的当前路径在那里呢？

可以使用 ls /proc/[进程id] -l 命令查看当前正在运行进程的信息

cwd：指向当前进程运行目录的⼀个符号链接。

exe：指向启动当前进程的可执行文件（完整路径）的符号链接。

打开文件，本质是进程打开，所以，进程知道自己在哪里，即便文件不带路径，进程也知道。由此OS就能知道要创建的文件放在哪⾥。

实现mycat：
#include <stdio.h>    
#define BUFF_SIZE 100    int main(int argc,char *argv[])    
{    if(argc!=2) return 1;    const char *filename = argv[1];    FILE* fp = fopen(filename,"r");    while(1)    {    char buff[BUFF_SIZE+1];size_t ret = fread(buff,1,BUFF_SIZE,fp);buff[ret] = '\0';printf("%s",buff);if(feof(fp))break;                                                                                                                            }    fclose(fp);    return 0;    
}
fread函数，ptr为存储读取字符串的指针，size为读取元素的字节数量，nmemb为读取元素的个数，stream为读取的文件流。

feof，判断文件是否读到了结尾，非0返回表示读到了结尾，0返回表示没有读到结尾。

三、系统文件IO（重点）

1.open，close和umask

可以注意到，在同一个域中有两个open函数，C语言并不支持重载。open函数本质是宏函数。

参数解析：pathname，需要打开的文件，flags，位图，传相应操作，mode，对于写的时候不存在就新建一个文件，需要传权限位。

C语言的fopen("xxx","w")等同于，open("xxx",O_CREATE | O_TRUNC | O_WRONL, 默认权限)。fopen("xxx","a")等同于，open("xxx",O_CREATE | O_TRUNC | O_APPEND, 默认权限)。

fopen的flags操作宏：

O_TRUNC，清空，O_APPEND，追加。

O_RDONLY: 只读打开

O_WRONLY: 只写打开

O_RDWR : 读，写打开

这三个常量，必须指定⼀个且只能指定⼀个

返回值，成功返回文件描述符，失败返回-1。

设置umask权限掩码。

2.write和read

参数分析：fd为需要写入文件的文件描述符，buf为需要写入的缓冲区，count为需要写入的字节数。返回值为实际写入的字节数。

文本写入和二进制写入时语言层的概念，系统层随便写。

本质都是以字节为基本单位，二进制写入。

参数分析：fd为需要读入文件的文件描述符，buf为需要存的缓冲区，count为需要读入的字节数。返回值为实际读入的字节数。

实例代码：
#include <stdio.h>    
#include <sys/types.h>    
#include <sys/stat.h>    
#include <fcntl.h>    
#include <unistd.h>    
#include <string.h>    int main()    
{    umask(0);    int fd = open("log.txt",O_RDONLY,0666);    char buff[1025];    read(fd,buff,1024);                                                                                                                              buff[1024] = 0;    printf("%s",buff);    //int fd = open("log.txt",O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY,0666);    //const char* ptr = "hello quitesix\n";    //size_t len = strlen(ptr);    //int cnt = 5;    //while(cnt--)    //{    //    write(fd,ptr,len);    //}int ret = close(fd);if(ret==-1){perror("close");return 1;}return 0;
}  

3.文件操作符和FILE

在OS层面，只认fd，文件描述符，0,1,2分别表示，标准输入，标准输出，标准错误。

上层语言代码，具有可移植性。

fd时文件描述符表的数组下标。

进程task_struct中存在文件描述符表指针，指向一个文件描述符表，里面存放被打开的文件的指针，指向被打开的文件（先描述，再组织）。每个被打开的文件都有对应文件缓冲区。

对文件内容，做任何操作，都必须先把文件加载到内核对应的文件缓冲区内，本质是磁盘-内存的拷贝。

4.文件描述符的分配规则和重定向

重定向：打开文件的方式+dup2

文件描述符分配原则：最小的，没有被使用的fd分配给用户。

dup2：

使新的文件描述符作为旧的文件描述符的拷贝，即用旧的被打开文件指针覆盖新的被打开文件指针。例如要将往显示器上写替换成往指定文件上写，dup2(fd,1);

每个打开文件，在内核中都有file对象，保存了文件相关的inode信息。

shell部分补充重定向功能：

重定向本质：打开文件的方式+dup2

特别注意：

对于输入重定向
cat log.txt 的流程
1）Shell 直接调用 cat 命令，并将 log.txt 作为参数传递。
2）cat 内部通过文件名打开文件，读取内容并输出到标准输出stdout
cat < log.txt 的流程
1）Shell 在执行 cat 之前，会先打开 log.txt，将其内容连接到 cat 的标准输入stdin。
2）cat 命令从 stdin（重定向后指向log.txt）读取数据，然后输出到 stdout。
注：cat什么都不带，默认从标准输入stdin里按行读取，并将内容写到标准输出stdout。
进程替换，不影响重定向的结果。

因为进程替换没有创建新进程，只是替换代码和数据，文件列表属于task_struct部分，不是代码和数据。

补充知识：

内建命令重定向，为了保准标准的输入输出流不丢失，可以先存再改。

文件内部有引用计数(int ref_cnt)，关闭文件本质是引用计数--，直到减到0就关闭这个文件。

一个文件可以被多个进程打开。

部分代码如下：

#define INPUT 0    
#define OUTPUT 1    
#define APPEND 2    //模式    
int g_mode = -1;    
std::string filename;    bool CheckRedirect(char cmd[],int len)    
{    g_mode = -1;    int rbegin = len-1;    while(rbegin>=0)    {    //输入重定向    if(cmd[rbegin]=='<')                                                                                                                         {    g_mode = INPUT;    }    else if(cmd[rbegin]=='>')    {    //追加重定向    if(rbegin-1>=0 && cmd[rbegin-1]=='>')    {    g_mode = APPEND;}//输出重定向else{g_mode = OUTPUT;}}else{--rbegin;}//统一处理if(g_mode!=-1){//分割命令与追加符号、文件名//追加时，"<<"前一个'<'要置成'\0'if(g_mode==APPEND)cmd[rbegin-1] = '\0';cmd[rbegin] = '\0';//跳过空格，获取文件名                                                                                                                   ++rbegin;while(rbegin<len){if(cmd[rbegin]==' ')++rbegin;elsebreak;}filename = cmd+rbegin;return true;}}                                                                                                                                                //没有重定向符号return false;
}void Excute()
{pid_t pid = fork();if(pid==0){if(g_mode==INPUT){int fd = open(filename.c_str(),O_RDONLY);dup2(fd,0);}else if(g_mode==OUTPUT){int fd = open(filename.c_str(),O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY,0666);dup2(fd,1);}else if(g_mode==APPEND){int fd = open(filename.c_str(),O_CREAT | O_WRONLY |O_APPEND,0666);dup2(fd,1);}execvp(g_argv[0],g_argv);}int status;waitpid(pid,&status,0);lastexit = WEXITSTATUS(status);
}

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编程日记 2025/6/19 23:58:01

.NET 8 kestrel 配置PEM，实现内网https

一、生成证书 mkcert 是一个简单的工具，用于制作本地信任的开发证书。它不需要配置。 mkcert官方仓库地址：GitHub - FiloSottile/mkcert: A simple zero-config tool to make locally trusted development certificates with any names youd like. 简…...

编程日记 2025/6/26 10:54:45

ERP系统如何做好工厂生产管理？4种ERP先进生产管理模式分享！

现代企业先进的生产管理方式有哪些？相信很多被生产效率问题困扰、谋求转型的企业都思考过这个问题。放在以前，工厂靠老师傅经验、主管“凭感觉”安排生产，材料、设备、交期全靠人盯。那是因为20年前市场稳定，这套办法还行得通。…...

编程日记 2025/6/26 6:15:06

HttpServletRequest常用功能简介-笔记

javax.servlet.http.HttpServletRequest 是 ServletRequest 接口的子接口，专用于处理 HTTP 协议相关的请求。它提供了访问请求行、请求头、请求参数以及请求属性等方法。 1.请求行（Request Line） ✅ 功能说明请求行包含客户端发送的 HTTP …...

编程日记 2025/6/23 12:15:10

基于面向对象设计的C++日期推算引擎：精准高效的时间运算实现与运算重载工程化实践

前引： 在软件开发中，时间与日期的处理是基础但极具挑战性的任务。传统的手工日期运算逻辑往往面临闰年规则、月份天数动态变化、时区转换等复杂场景的容错难题，且代码冗余度高、可维护性差。本文将深入探讨如何利用C的面向对象特性与成员函数…...

编程日记 2025/6/1 0:55:00

记一次bug排查(.exe链接mysql失败)-每天学习一点点

哎! 从来没有接手过的项目, .exe项目, 链接服务器失败报错:"unable to connect to any of the specified mySQL hosts" 虽然不懂c的代码, 也没法反编译.exe项目, 还是像挑战尝试一下解决这个问题. 明面看就是链接mysql失败. 但是mysql对应的服务器地址是啥呢? …...

编程日记 2025/6/22 13:57:04

U盘启动CentOS安装与网卡驱动修复指南

遇到CentOS安装找不到盘符如何解决 1、进入安装页面，点击e进入修改 2、找到自己的U盘，修改完成后按下"ctrlx"执行继续后续安装 vmlinuz initrdinitrd.imginst.stage2hd:LABEL... quiet 改为（具体的U盘启动需要根据实际情况进行查找…...

编程日记 2025/5/16 6:40:38

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