10.Linux笔记：应用编程开始、文件IO

1.应用编程概念应用编程把前人写好的模块化的程序或函数直接拿来用叫应用编程。应用编程时拿到一个写好的接口函数首先要想的是怎么用好它不是非要研究怎么创造它。统一标准、统一接口分工的任务合在一起形成一个产品需要标准的接口才能实现成功合并。默认有一套标准的接口去守它的一个守则。可能是公司写好的可能是行业写好的。应用开发时看到别人写好的接口、函数、工具时看到它的返回值、参数要能知道它干什么用的大致结构要能猜到。什么是接口接口是规范、是协议不包含具体怎么实现不包含具体的代码。接口函数在接口的规范之下实现对应功能的具体代码。什么是例程什么是apiapi只是一个规则只是一个声明它不占用内存也不运行任何代码。api的核心三要素1可以为你实现的功能有哪些、2规定输入内容的格式、3规定输出内容的格式。api本身没有具体实现功能的函数。流程是如下1.api提供一个菜单上面有可选的功能或需求。2.用户提出需求给apiapi将需求转交给对应的函数3.函数的返回值直接交给用户回来的时候就不经过api了。系统调用是api库函数是api。api是一组预定义的规则和接口让程序之间可以互相调用功能。系统调用是内核对外的api声明里面有内核的功能菜单然后具体干活的是内核。库函数库函数的声明是api具体干活的是库自己的代码在用户态执行。它可能再调用系统调用让内核干活也可能完全自己干完。如果一个人提供api给你需要给你三样东西头文件、实现代码或者源码、接口文档。接口文档每个函数是干什么的、参数分别代表什么、返回值如何判断成功/失败、使用注意事项比如是否需要加锁、是否可重入等用好man手册遇到没用过的接口函数要先去查man手册翻译、总结了解用法再去使用不要着急写代码用错了事倍功半。2.文件与IO一切皆文件linux下一切皆文件鼠标键盘插上去系统里多出一个文件。系统调用api系统调用介于内核层和用户层之间是一个交流窗口。shell命令、用户程序他们两个平级要想访问内核都会先通过系统调用。系统调用是众多api的一种。系统调用会先把用户层发来的服务请求进行分类再交付给内核。shell和用户程序虽然是平级但是shell一直存在shell负责把用户程序领到系统调用那里。系统调用里的IO都是文件IOlinux下一切皆文件。什么是IOIO设备输入输出数据的硬件设备。IO接口函数将IO设备提供或需求的数据通过函数来实现对应功能。不同类型的功能有对应的专用协议。对某一类的功能或应用比如嵌入式IO的功能或应用在写对应的IO接口函数时有专门或常规的一套接口形式的范本或协议。这样就具备通用性可以不同场景广泛应用。IO接口是IO设备设备 和 系统通过IO接口函数的桥梁。C库函数api的作用库函数是提前写好的封装好的函数很标准bug很少。不同内核使用不同版本的系统调用api这时在调用时可能有不方便。于是将一部分系统调用封装、优化成更便利的C库函数设计另一个更便利、安全的api。库函数有的会调用系统调用有的不会。C库函数里有很多接口函数不只IO接口函数文件IO、标准IO还有其他接口。C库函数里90%是接口函数供用户调用。系统调用让内核来干活通常是针对硬件或底层操作。库函数针对应用层来操作。一些IO接口的实现直接与硬件设备、系统内核密切相关例如系统调用函数一些IO接口的实现侧重屏蔽底层差异提供兼容性更广的应用编程的数据交换方法接口例如C库函数。总结系统调用是API,库函数也是API。库函数封装了系统调用的一部分接口函数的声明如库函数里的标准IO就是封装了系统调用里的文件IO额外加上缓存。所以标准IO使用时库函数会内部调用系统调用里的文件IO来访问内核里的文件IO函数。系统调用是内核提供的 API库函数是用户态提供的 API。部分库函数如标准 I/O封装了系统调用以增加缓存等高级功能。标准 I/O 函数在需要实际读写数据时会调用相应的系统调用进入内核。3.文件IO基础文件IO 系统调用内核里的struct file 然后返回int类型的fd值。在应用层对fd进行操作fd是文件描述符。文件描述符英文缩写fdfile descriptor范围0-1023。文件IO操作通过fd来完成。0为标准输入1为标准输出2为标准出错。所以文件IO操作fd的范围是3~1023man手册终端输入man man 查看man手册man 1 查看可执行文件和shellman 2 查看系统调用 如 man 2 openman 3 查看库函数库调用4.文件的打开与关闭open接口函数终端man 2 open头文件、函数原型、描述#include sys/types.h#include sys/stat.h#include fcntl.hint open(const char *pathname, int flags);int open(const char *pathname, int flags,mode_t mode);close接口函数man 2 close#include unistd.hint close(int fd); 关闭成功返回值0关闭失败返回值1#include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include stdio.h #include unistd.h int main(int argc, const char *argv[]) { int fd -1; #if 1 if((fd open(helloworld.txt,O_RDONLY)) 0) { printf(open error!\n); return -1; } printf(open success! fd :%d\n,fd); #else if((fd open(4.txt,(O_RDONLY|O_CREAT|O_EXCL),0664)) 0) { printf(open error!\n); return -1; } printf(open success! fd :%d\n,fd); #endif if(!close(fd)) printf(close success!\n); return 0; }umask设定权限#include sys/types.h#include sys/stat.hulimit获取文件打开范围5.文件的读写read接口函数#include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include stdio.h #include unistd.h #define N 20 int main(int argc, const char *argv[]) { int fd -1,n 0,total 0; char buf[N] {0}; if(argc 2){return -1; } //if((fd open(helloworld.txt,O_RDONLY)) EOF ) if((fd open(argv[1],O_RDONLY)) EOF ) { printf(open error!\n); return -1; } printf(open success! fd :%d\n,fd); while((n read(fd,buf,N)) 0){ 读一次返回正数证明后面还有内容光标此时在最后 printf(%s,buf); total n; } printf(read characters: %d\n,total); printf(finished reading \n); if(!close(fd)) printf(close success!\n); return 0; }write接口函数#include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include stdio.h #include unistd.h #include string.h #define N 20 int main(int argc, const char *argv[]) { int fd -1,n 0; char buf1[N] {0}; char buf2[N] hello wolrd!!!; if(argc 2){return -1; } #if 0 if((fd open(argv[1],O_RDWR)) EOF ) { printf(open error!\n); return -1; } printf(open success! fd :%d\n,fd); #elif 0 if((fd open(argv[1],O_RDONLY)) EOF ) { printf(open error!\n); return -1; } printf(open success! fd :%d\n,fd); #else if((fd open(argv[1],O_WRONLY)) EOF ) { printf(open error!\n); return -1; } printf(open success! fd :%d\n,fd); #endif //读操作 if(( n read(fd,buf1,N)) 0){ printf(read error); return -1; } printf(read success\n); printf(read characters: %s\n,buf1); //写操作 do{ n write(fd,buf2,strlen(buf2)); }while(n 0); printf(write characters :%d\n,n); printf(write finished\n); if(!close(fd)) printf(close success!\n); return 0; }6.文件IO:定位文件与访问权限修改lseek接口函数#include sys/types.h #include sys/stat.h #include fcntl.h #include stdio.h #include unistd.h #define N 20 #include string.h int main(int argc, const char *argv[]) { int fd -1; int ret 0; char buf[N] {0}; if((fd open(test.txt,O_RDWR)) 0) { printf(open error!\n); return -1; } printf(open success! fd :%d\n,fd); ret lseek(fd,0,SEEK_CUR); printf(%u\n,ret); read(fd,buf,10); printf(%s\n,buf); ret lseek(fd,0,SEEK_CUR); printf(%u\n,ret); lseek(fd,0,SEEK_END); write(fd,aaa, strlen(aaa)); ret lseek(fd,0,SEEK_CUR); printf(%u\n,ret); ret lseek(fd,0,SEEK_SET); printf(%u\n,ret); bzero(buf,sizeof(buf)); while(read(fd,buf,sizeof(buf)) 0){ printf(%s,buf); } putchar(\n); printf(read end\n); if(!close(fd)) printf(close success!\n); return 0; }bzero函数属于库函数里 man 3作用清除buf里的内容chmod/fchmod接口函数被改成只写所以后面打开文件以读写权限时会报错open实在文件原本权限基础上打开不能超越文件原本权限。7.标准IO基础标准IO是在封装系统调用文件IO的基础上加了缓存减少了系统调用的次数降低了与硬件内核之间的硬耦合。文件IO用文件描述符fd来存文件信息。标准IO用结构体来存文件信息这个结构体叫流FILE同时加一个缓存区。无缓存行缓存标准IO全缓存:读标准IO读缓存区放满了才会刷新去调用系统调用文件IO的read接口函数写标准IO写缓存区放满了才会刷新去调用系统调用文件IO的write接口函数两个标准IO函数fopen打开一个文件并生成FILE结构#include stdio.h #include unistd.h int main(int argc, const char *argv[]) { FILE *fp fopen(a.txt,a); //fprintf(fp,a); printf(%lu\n,fp-_IO_buf_end - fp-_IO_buf_base); int i 0; do{ fprintf(fp,a); i; }while(i4098); printf(%lu,fp-_IO_write_ptr - fp-_IO_write_base); sleep(5); return 0; }setbuf修改缓存类型函数#include stdio.h #include unistd.h int main(int argc, const char *argv[]) { printf(a); sleep(5); setbuf(stdout,NULL); printf(b); sleep(5); return 0; }8.标准IO文件打开、关闭、错误处理fopen接口函数#include stdio.h int main(int argc, const char *argv[]) { FILE * fp NULL; if((fp fopen(test.txt,a)) NULL){ printf(fopen error\n); return -1; } printf(fopen success\n); fclose(fp); return 0; }fclose接口函数errno、perror、strerror错误信息处理函数#include stdio.h #include unistd.h #include errno.h #include string.h int main(int argc, const char *argv[]) { FILE * fp NULL; #if 0 if( (fp fopen(test.txt,r)) NULL ){ printf(errno:%d\n,errno); perror(fopen:); return -1; } #else if( (fp fopen(test.txt,r)) NULL ){ printf(errno:%d\n,errno); printf(fopen:%s\n,strerror(errno)); return -1; } #endif printf(errno:%d\n,errno); perror(perror:); sleep(3); fclose(fp); return 0; }9.标准IO操作字符行、读写fgetc、getc、getchar字符输入接口函数#include stdio.h int main(int argc, const char *argv[]) { int c; FILE *fp NULL; if((fp fopen(test.txt,r)) NULL ){ perror(fopen); return -1; } printf(fopen success\n); while(1){ #if 0 if( (c fgetc(fp)) EOF ){ perror(fgetc); break; } #else if( (c getc(fp)) EOF ){ perror(getc); break; } #endif printf(%c,(char)c); } fclose(fp); return 0; }fputc、putc、putchar字符输出接口函数#include stdio.h int main(int argc, const char *argv[]) { int c; FILE *fp NULL; if((fp fopen(test.txt,a)) NULL ){ perror(fopen); return -1; } printf(fopen success\n); #if 1 if( (c fputc(a,fp)) EOF ){ perror(fputc); return -1; } #elif 0 if( (c putc(a,fp)) EOF ){ perror(putc); return -1; } #else putchar(b); #endif printf(c %c\n,c); fclose(fp); return 0; }实践字符读写复制文件#include stdio.h int main(int argc, const char *argv[]) { FILE * fp_a NULL,* fp_b NULL; int c 0; if(argc 3 ){ printf(Usage: %s be copied file copied file\n,argv[0]); return -1; } if((fp_a fopen(argv[1],r)) NULL){ perror(be copied file fopen); return -1; } if((fp_b fopen(argv[2],w)) NULL){ perror(copied file fopen); fclose(fp_a); return -1; } printf(fopen files ok\n); do{ if((c fgetc(fp_a)) EOF){ perror(fgetc); break; } if((fputc(c,fp_b)) EOF){ perror(fputc); break; } }while(1); fclose(fp_a); fclose(fp_b); return 0; }fgets行输入接口函数#include stdio.h #define N 32 #define M 6 int main(int argc, const char *argv[]) { FILE * fp NULL; char buf[M] {0}; if((fp fopen(test.txt,r)) NULL){ perror(fopen); return -1; } while(1){ if(fgets(buf,M,fp) NULL){ perror(fgets); break; } printf(test look:%s,buf); } printf(fgets from file ok\n); fclose(fp); return 0; }fputs/puts行输出接口函数#include stdio.h #define N 32 int main(int argc, const char *argv[]) { FILE * fp NULL; char buf[N] {0}; if((fp fopen(test.txt,a)) NULL ){ perror(fopen); return -1; } if(fgets(buf,N,stdin) NULL){ perror(fgets); fclose(fp); return -1; } if(fputs(buf, fp) EOF){ perror(fputs); fclose(fp); return -1; } fclose(fp); return 0; }实践统计文本行#include stdio.h #include string.h #define N 32 int main(int argc, const char *argv[]) { FILE * fp NULL; int cout 0; char buf[N] {0}; if((fp fopen(test.txt,a)) NULL){ perror(fopen); return -1; } while(1){ if(fgets(buf,N,fp) NULL){ perror(fgets); break; } if(buf[strlen(buf)-1] \n){ cout; } } printf(cout %d\n,cout); fclose(fp); return 0; }10.标准IO文件的二进制读写与对象读写fread、fwrite二进制读写接口函数fread接口函数fwrite接口函数fflush函数刷新立即将缓冲区内容交给内核#include stdio.h #include unistd.h typedef struct note { int id; char name[8]; float score; }STU; int main(int argc, const char *argv[]) { FILE * fp NULL; if((fp fopen(test.txt,a)) 0){ perror(perror); return -1; } STU s[2] {{1,wang,98},{2,li, 95}}; int len sizeof(STU); if(fwrite(s[0],len,1,fp) 0){ perror(fwrite); return -1; } fflush(fp); sleep(5); if(fwrite(s[1],len,1,fp) 0){ perror(fwrite); return -1; } fclose(fp); if((fp fopen(test.txt,r)) 0){ perror(perror); return -1; } STU ret; fread(ret, len,1,fp); printf(%d,%s,%f\n,ret.id,ret.name,ret.score); fclose(fp); return 0; }bzero清空函数bzerobufsizeofbuf将数组buf的sizeofbuf)个成员变成\0feof判断结尾函数feof(流) 返回值为非零时文件到结尾了。返回值为0时文件没到结尾。实践二进制读写复制文件#include stdio.h #include string.h #define N 512 int main(int argc, const char *argv[]) { FILE *fp_r NULL,*fp_w NULL; if(argc 3){ printf(Usage :%s source filedestination file\n,argv[0]); return -1; } if((fp_r fopen(argv[1],r)) NULL){ printf(fopen source file failed\n); return -1; } if((fp_w fopen(argv[2],a)) NULL){ printf(fopen destination file failed\n); return -1; } char buf[N]; size_t bytes_read,bytes_write; while(1){ if(feof(fp_r)){ printf(read file in last line\n); break; } if((bytes_read fread(buf,1,sizeof(buf), fp_r)) 0){ printf(fread failed\n); goto END; } if((bytes_write fwrite(buf,1,bytes_read, fp_w)) 0){ printf(fread failed\n); goto END; } if(bytes_read ! bytes_write){ printf(failed to write to destination file\n); goto END; } bzero(buf,sizeof(buf)); } printf(file copied successfully from %s to %s\n,argv[1],argv[2]); END: fclose(fp_r); fclose(fp_w); return 0; }fscanf、sscanf、fprintf、sprintf 格式化输入、输出函数11.标准IO操作、流的刷新与定位fflush流的刷新ftell、rewind、fseek流的定位函数实践获取文本大小12.目录操作opendir、fdopendir打开目录函数closedir关闭目录函数dirent访问目录函数实践获取文件夹中的内容stat 、lstat、fstat 获取文件属性函数属于 man 2 stat实践获取文件信息#include stdio.h #include sys/types.h #include sys/stat.h #include unistd.h #include fcntl.h #include time.h int main(int argc, const char *argv[]) { if(argc 2){ printf(Usage :%s filename\n,argv[1]); return -1; } struct stat st; #if 1 if(stat(argv[1],st) -1){ perror(stat); return -1; } #elif 0 if(lstat(argv[1],st) -1){ perror(lstat); return -1; } printf(file size:%ld\n,st.st_size); #else int fd open(argv[1],O_RDONLY); if(fd 0){ perror(open); return -1; } fstat(fd,st); printf(ffile size:%ld\n,st.st_size); #endif switch(S_IFMTst.st_mode){ case S_IFREG: putchar(_); break; case S_IFDIR: putchar(d); break; case S_IFSOCK: putchar(s); break; case S_IFLNK: putchar(l); break; case S_IFBLK: putchar(b); break; case S_IFCHR: putchar(C); break; case S_IFIFO: putchar(f); break; default: printf(have afailed\n); return -1; } int n 8; do{ if(st.st_mode (0x1n)){ switch(n%3){ case 0: putchar(x); break; case 1: putchar(w); break; case 2: putchar(r); break; } }else{ putchar(-); } }while(n--); printf( file size:%ld\t,st.st_size); printf(\t%s,ctime(st.st_ctime)); return 0; }13.程序库静态库、动态库静态库动态库静态库和动态库区别