一步步理解Linux IO（1）–Linux的IO和标准IO库

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一步步理解Linux IO（1）–Linux的IO和标准IO库


作者：gaopenghigh，转载请注明出处。（原文地址）


Linux文件IO的常用函数


Linux中做文件IO最常用到的5个函数是：open,close,read,write和lseek，不是ISO
C的组成部分，这5个函数是不带缓冲的IO，也即每个read和write都调用了内核的一个系统调用。另外，dup函数和sync函数也经常用到，下面我们大致看一下这7个函数。


open函数

#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int oflag, ... /* mode_t mode */);
/* 成功返回文件描述符， 失败返回-1 */

open函数打开或创建一个文件。pathname表示文件的路径，oflag表示打开的方式。通过控制oflag，可以规定打开文件的读写和追加模式、是否创建不存在的文件、是否截短为0、是否阻塞、读操作是否等待写操作完成、写操作是否等待物理IO操作完成等等。


close函数

#include <unistd.h>
int close(int filedes);
/* 成功返回0， 失败返回-1 */

关闭一个文件时，还会释放该文件上的所有记录锁。另外，当一个进程终止时，它会自动关闭所有它打开的文件。


lseek函数


每个打开的文件都有一个“当前文件偏移量（current file offset）”，read和write操作都从这个当前文件偏移量开始。

#include <unistd.h>
off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence);
/* 成功返回新的文件偏移量，出错返回-1 */

参数whence表示到底是从文件开始处、文件末尾还是文件当前偏移位置来计算offset。


read函数


read函数从打开的文件中读取数据，数据存放到buf指向的空间中，最大读取的字节数为nbytes。

#include <unistd.h>
ssize_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes);
/* 成功则返回读取到的字节数，若已到文件的结尾返回0，出错返回-1 */

write函数


write函数向打开的文件写入数据，数据由buf指向的空间提供，最大写入的字节数为nbytes。

#include <unistd.h>
ssize_t write(int filedes, void *buf, size_t nbytes);
/* 成功则返回写入的字节数，出错返回-1 */

dup和dup2函数


这两个函数用来复制一个现存的文件描述符。

#include <unistd.h>
int dup(int filedes);
int dup2(int fileds, int filedes2);
/* 成功则返回新的文件描述符，出错返回-1 */

dup函数从当前可用的文件描述符中找一个最小的返回

dup2用filedes2指定新文件描述符的值。

sync, fsync和fdatasync函数


这三个函数都是刷缓存的：

#include <unistd.h>
int fsync(int filedes);     /* 刷filedes指代的文件的缓存到磁盘 */
int fdatasync(int filedes); /* 与fsync类似，但只刷数据，不刷属性 */
/* 成功返回0，失败返回-1 */
void sync(void);            /* 刷所有脏的缓存 */

Linux中的标准IO库

缓冲


标准IO库提供缓冲功能，包括：

• 全缓冲。即填满IO缓冲区后才进行IO操作。
  
• 行缓冲。遇到换行符时执行IO操作。 * 无缓冲。
  

一般情况下，标准出错无缓冲。如果涉及终端设备，一般是行缓冲，否则是全缓冲。

可用setbuf和setvbuf函数设置缓冲类型已经缓冲区大小，使用fflush函数冲洗缓冲区。

打开流


使用fopen,freopen,fdopen三个函数打开一个流，这三个函数都返回FILE类型的指针。

#include <stdio.h>
FILE *fopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type);
FILE *freopen(const char *restrict pathname, const char *restrict type,
FILE *restrict fp);
FILE *dopen(int filedes, const char *type);
/* 成功返回FILE类型指针，出错返回NULL */

其中，

• 
  fopen打开一个指定的文件。
  
• 
  freopen在一个指定的流上打开一个文件，比如在标准输出流上打开某文件。
  
• 
  dopen打开指定的文件描述符代表的文件。常用于读取管道或者其他特殊类型的文件，因为这些文件不能直接用fopen打开。
  

type参数指定操作类型，入读写，追加等等。

关闭流


fclose函数关闭一个流：

#include <stdio.h>
int flose(FILE *fp);
/* 成功返回0，出错返回EOF */
读和写流

每次一个字符的IO

#include <stdio.h>
/* 输入 */
int getc(FILE *fp);
int fgetc(FILE *fp);
int getchar(void);
/* 上面三个函数的返回值为int，因为EOF常实现为-1，返回int就能与之比较 */
/* 判断出错或者结束 */
int ferror(FILE *fp);
int feof(FILE *fp);
void clearerr(FILE *fp); /* 清除error或者eof标志 */
/* 把字符压送回流 */
int ungetc(intc FILE *fp);
/* 输出 */
int putc(int c, FILE *fp);
int fputc(int c, FILE *fp);
int putchar(int c);
每次一行的IO

#include <stdio.h>
/* 输入 */
char *fgets(char *restrict buf, int n, FILE *restrict fp);
char *gets(char *buf);
/* gets由于没有指定缓冲区，所以有可能造成缓冲区溢出，要小心 */
/* 输出 */
int fputs(char *restrict buf, FILE *restrict fp);
int puts(const char *buf);
二进制IO

#include <stdio.h>
size_t fread(void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj,
FILE *restrict fp);
size_t fwrite(const void *restrict ptr, size_t size, size_t nobj,
FILE *restrict fp);
/* 返回值：读或写的对象数 */
定位流

#include <stdio.h>
long ftell(FILE *fp);
/* 成功则返回当前文件位置指示，出错返回-1L */
int fseek(FILE *fp, long offset, int whence);
/* 成功返回0， 出错返回非0 */
int fgetpos(FILE *restrict fp, fpos_t *restrict pos);
int fsetpos(FILE *fp, fpos_t *pos);
/* 成功返回0，出错返回非0 */
格式化IO


执行格式化输出的主要是4个printf函数：

• 
  printf输出到标准输出
  
• 
  fprintf输出到指定流
  
• 
  sprintf输出到指定数组
  
• 
  snprintf输出到指定数组并在数组的尾端自动添加一个null字节
  

格式化输入主要是三个scanf函数：

• 
  scanf从标准输入获取
  
• 
  fscanf从指定流获取
  
• 
  sscanf从指定数组获取
  

JH, 2013-05-01



参考资料：

• 《Unix环境高级编程》
  
• 《深入理解Linux内核》
  
• 《Linux内核设计与实现》