Linux的基础IO流
1：理解文件
1：狭义理解
1：文件在磁盘里
2：磁盘是永久性储存介质，因此文件在磁盘上的储存是永久性的
3：磁盘是外设（既是输入也是输出设备）
4：磁盘上的文件 本质是对文件的所有操作，都是对外设的输入和输出简称IO
2：广义理解
Linux下一切皆文件
3：文件操作的归类认识
1：对于0KB的文件是占用磁盘空间的
2：文件是文件属性（元数据）和文件内容的集合（文件=文件属性+内容）
3：所有的文件操作本质是文件内容操作和文件属性操作
4：系统角度
1：文件的操作本质是进程对文件的操作
2：磁盘的管理者是操作系统
3：文件的读写本质不是通过C/C++的库函数来实现的（这些库函数只是为用户提供方便）是通过文件相关的系统调用接口来实现的
2：系统文件IO
打开文件的方式不仅仅是fopen，ifstream等流式，语言层的方案，其中系统才是打开文件最底层的方案。
1：一种传递标志位的方法
#include <stdio.h>#define ONE 0001 //0000 0001#define TWO 0002 //0000 0010#define THREE 0004 //0000 0100void func(int flags) {if (flags & ONE) printf("flags has ONE! ");if (flags & TWO) printf("flags has TWO! ");if (flags & THREE) printf("flags has THREE! ");printf("\n");}int main() {func(ONE);func(THREE);func(ONE | TWO);func(ONE | THREE | TWO);return 0;}2：hello.c写文件
#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("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 0644);
if(fd < 0){
perror("open");
return 1;
}
int count = 5;
const char *msg = "hello bit!\n";
int len = strlen(msg);
while(count--){
write(fd, msg, len);//fd: 后⾯讲， msg：缓冲区⾸地址， len: 本次读取，期望写
⼊多少个字节的数据。 返回值：实际写了多少字节数据
}
close(fd);
return 0;
}3：hello.c读文件
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main()
{int fd = open("myfile", O_RDONLY);if (fd < 0) {perror("open");return 1;}const char* msg = "hello bit!\n";char buf[1024];while (1) {ssize_t s = read(fd, buf, strlen(msg));//类⽐writeif (s > 0) {printf("%s", buf);}else {break;}}close(fd);return 0;
}4：open接口介绍
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
pathname: 要打开或创建的⽬标⽂件
flags: 打开⽂件时，可以传⼊多个参数选项，⽤下⾯的⼀个或者多个常量进⾏“或”运算，构成
flags。
参数: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O_CREAT : 若⽂件不存在，则创建它。需要使⽤mode选项，来指明新⽂件的访问权限O_APPEND: 追加写
返回值：成功：新打开的⽂件描述符失败：-15：open函数的返回值
系统调用接口和库函数的关系，一目了然。
所以，可以认为，f#系列的函数，都是对系统调用的封装，方便二次开发。
6：文件描述符fd
在上面我们可以看到open函数的返回值是一个整数，所以fd作为返回值也是一个整数
1：0&1&2
Linux进程默认情况下会有三个缺省打开的文件描述符，分辨是标准输入0，标准输出1，标准错误2
0，1，2对应的外设也就是键盘，显示器，显示器
所以输入输出也可以采用下面方法
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>int main()
{char buf[1024];ssize_t s = read(0, buf, sizeof(buf));if (s > 0) {buf[s] = 0;write(1, buf, strlen(buf));write(2, buf, strlen(buf));}return 0;
}
⽽现在知道，⽂件描述符就是从0开始的⼩整数。当我们打开⽂件时，操作系统在内存中要创建相应的数据结构来描述⽬标⽂件。于是就有了file结构体。表⽰⼀个已经打开的⽂件对象。⽽进程执⾏open系统调⽤，所以必须让进程和⽂件关联起来。每个进程都有⼀个指针* files, 指向⼀张表files_struct, 该表最重要的部分就是包含⼀个指针数组，每个元素都是⼀个指向打开⽂件的指针！所以，本质上，⽂件描述符就是该数组的下标。所以，只要拿着⽂件描述符，就可以找到对应的⽂件。
2：文件描述符的分配规则
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{int fd = open("myfile", O_RDONLY);if (fd < 0) {perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);close(fd);return 0;
}输出发现fd：3
关闭0或者2
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{close(0);//close(2);int fd = open("myfile", O_RDONLY);if (fd < 0) {perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);close(fd);return 0;
}3：重定向
如果把1关闭了呢？
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>int main()
{close(1);int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 00644);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);fflush(stdout);close(fd);exit(0);
}
4：使用dup2系统调用
函数原型
#include <unistd.h>
int dup2(int oldfd, int newfd);示例代码
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>int main() {int fd = open("./log", O_CREAT | O_RDWR);if (fd < 0) {perror("open");return 1;}close(1);dup2(fd, 1);for (;;) {char buf[1024] = {0};ssize_t read_size = read(0, buf, sizeof(buf) - 1);if (read_size < 0) {perror("read");break;}printf("%s", buf);fflush(stdout);}return 0;
}3：理解一切皆文件
首先，在Windows中是文件的东西，在Linux中也是文件；其次一些在Windows中不是文件的东西，比如进程，磁盘，显示器，键盘这样硬件设备也被抽象成了文件，你可以使用访问文件的方法访问他们的信息；甚至管道，也是文件；将来的网路编程的socket也是文件。使用的接口和文件接口也是一致的。
这样做的明显好处是，开发者仅需使用一套API和开发工具，即可调取Linux系统中绝大部分的资源。
4：缓冲区、
1：什么是缓冲区
2：为什么要有缓冲区
读写⽂件时，如果不会开辟对⽂件操作的缓冲区，直接通过系统调⽤对磁盘进⾏操作(读、写等)，那么每次对⽂件进⾏⼀次读写操作时，都需要使⽤读写系统调⽤来处理此操作，即需要执⾏⼀次系统调⽤，执⾏⼀次系统调⽤将涉及到CPU状态的切换，即从⽤⼾空间切换到内核空间，实现进程上下⽂的切换，这将损耗⼀定的CPU时间，频繁的磁盘访问对程序的执⾏效率造成很⼤的影响。
为了减少使⽤系统调⽤的次数，提⾼效率，我们就可以采⽤缓冲机制。⽐如我们从磁盘⾥取信息，可以在磁盘⽂件进⾏操作时，可以⼀次从⽂件中读出⼤量的数据到缓冲区中，以后对这部分的访问就不需要再使⽤系统调⽤了，等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取，这样就可以减少磁盘的读写次数，再加上计算机对缓冲区的操作⼤⼤快于对磁盘的操作，故应⽤缓冲区可⼤⼤提⾼计算机的运⾏速度。
⼜⽐如，我们使⽤打印机打印⽂档，由于打印机的打印速度相对较慢，我们先把⽂档输出到打印机相应的缓冲区，打印机再⾃⾏逐步打印，这时我们的CPU可以处理别的事情。可以看出，缓冲区就是⼀块内存区，它⽤在输⼊输出设备和CPU之间，⽤来缓存数据。它使得低速的输⼊输出设备和⾼速的CPU能够协调⼯作，避免低速的输⼊输出设备占⽤CPU，解放出CPU，使其能够⾼效率⼯作。
3：缓冲类型
4：FILE
因为IO相关函数与系统调用接口对应，并且库函数封装系统调用，所以本质上，访问文件都是通过fd访问的
所以C库中的FILE结构体内部，必定封装了FILE
我们来研究一下
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{const char* msg0 = "hello printf\n";const char* msg1 = "hello fwrite\n";const char* msg2 = "hello write\n";printf("%s", msg0);fwrite(msg1, strlen(msg0), 1, stdout);write(1, msg2, strlen(msg2));fork();return 0;
}运行结果
hello printfhello fwritehello write
如果进行输出重定向呢？文件里面又变成了
hello writehello printfhello fwritehello printfhello fwrite
我们发现print和fwrite（库函数）都输出了两次，而write只输出了一次（系统调用）。那肯定和fork有关了。
综上：