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Linux应用层——IO（输入输出）编程

时间：2023-01-22 04:50:40

一、IO基础内容

1.文件与文件名

2.linux的文件分类

3.标准IO和文件IO的区别

3.1-系统调用：文件IO函数接口

3.2-库函数：标准IO函数接口

4.文件描述符-------------*

5.标准输入、标准输出和标准出错

6.不用缓存的I/O——文件IO

7.需要缓存的I/O——标准IO

8.全局错误码

9.错误信息输出

二、标准IO

1.特点

2.文件指针

3.流

3.1-文本流---会转化\n

3.2-二进制流---不会转换\n

4.缓冲文件系统(高级磁盘IO)---标准IO

函数——fflush()

5.标准IO的API：标准IO的函数接口

5.1-打开文件

函数——fopen();

5.2-操作文件

函数——fgetc

函数——宏：getc

函数——getchar();

函数——fputc

函数——putc

函数——fgets

函数——gets --------*

close（）

三、文件IO

四、时间编程

一、IO基础内容

1.文件与文件名

文件：一组相关数据的有序集合

文件名：这个数据集合的名称

2.linux的文件分类

常规文件：-
（1）、ASCII码文件
（2）、二进制的文件
目录字符设备：c (character) /dev
块设备：b (block)/dev
有名管道：p (pipe) ---多进程线程
套接口：s (socket) ---网络编程
符号链接（软链接）：l (link)
目录文件：d (directory file)

链接分类：

软链接和硬链接

软链接：通过路径或文件名建立链接

硬链接：通过inode码建立链接（ inode码：系统赋予文件的真实名字）

你：cd 2211，系统： cd 398797

3.标准IO和文件IO的区别

3.1-系统调用：文件IO函数接口

(1)用户空间进程访问内核的接口

(2)把用户从底层的硬件编程中解放出来

(3)极大的提高了系统的安全性

(4)使用户程序具有可移植性

(5)是操作系统的一部分

3.2-库函数：标准IO函数接口

(1)库函数为了实现某个功能而封装起来的API集合

(2)提供统一的编程接口，更加便于应用程序的移植

(3)是语言或者应用程序的一部

4.文件描述符-------------*

(1)、顺序分配的非负整数

(2)、内核用以标识一个特定进程正在访问的文件

(3)、其他资源(socket、pipe等)的访问标识

5.标准输入、标准输出和标准出错

由shell默认打开，分别为0/1/2

标准文件流：

linux系统一开机就会打开的三个文件

文件描述符名称作用
0 标准输入通过键盘输入的数据
1 标准输出通过屏幕输出的数据
2 标准错误输出通过屏幕输出的错误信息

6.不用缓存的I/O——文件IO

通过文件描述符进行访问：

open()/read()/write()/lseek()/close()…

7.需要缓存的I/O——标准IO

通过FILE*进行访问---文件指针/流是一个特殊空间类型

printf()/fprintf()/fopen()/fread()/fwrite()/fseek()/fclose()…

8.全局错误码

用来反馈函数调用失败

函数调用分两种情况：1、成功

2、失败 -1,2

错误码全局可见

错误种类：/usr/include/asm-generic/errno-base.h

/usr/include/asm-generic/errno.h

9.错误信息输出

（1）strerror() - 映射errno对应的错误信息

（2）perror() – 输出用户信息及errno对应的错误信息----*

二、标准IO

1.特点

（1）标准I/O库由ANSI C标准、说明----标准IO由C库提供
（2）标准I/O库处理很多细节，如缓存分配、以优化长度执行I/O等，这样使用户不必关心如何选择合适的块长度----标准IO相对比较智能
（3）标准I/O在系统调用函数基础上构造的，它便于用户使用
----标准IO是基于文件IO开发出来的
（4）标准I/O库及其头文件stdio.h为底层I/O系统调用提供了一个通用的接口。
----标准IO是基于文件IO开发出来的，从底层IO变成上层IO
（5）标准IO拥有缓冲区，而文件IO没有

2.文件指针

（1）文件指针：流
（2）FILE指针：每个被使用的文件都在内存中开辟一个区域，用来存放文件的有关信息，这些信息是保存在一个结构体类型的变量中，该结构体类型是由系统定义的，取名为FILE。
（3）标准I/O库的所有操作都是围绕流(stream)来进行的，在标准I/O中，流用FILE *来描述。
（4）标准I/O库是由Dennis Ritchie在1975年左右编写

3.流

定义所有的IO操作，都是数据从程序中移进或移出/写入或读取，这种数据，就叫做：流

分类：

文本流/二进制流

3.1-文本流---会转化\n

定义：在流中处理的数据是以字符出现。在文本流中，’\n’被转换成回车符CR和换行符LF的ASCII码0DH和0AH。而当输出时，0DH和0AH被转换成’\n’

例如：数字2001在文本流中的表示方法为 ‘2’ ‘0’ ‘0’ ‘1’

ASCII: 50 48 48 49

3.2-二进制流---不会转换\n

定义：流中处理的是二进制序列。若流中有字符，则用一个字节的二进制ASCII码表示；若是数字，则用对应的二进制数表示。对’\n’不进行变换

例如：数字2001在二进制流中的表示方法为 00000111

4.缓冲文件系统(高级磁盘IO)---标准IO

目的：尽量减少使用read/write的调用---尽量减少系统调用的次数

定义：系统自动的在内存中为每一个正在使用的文件开辟一个缓冲区，从内存向磁盘输出数据必须先送到内存缓冲区，装满缓冲区在一起送到磁盘中去。从磁盘中读数据，则一次从磁盘文件将一批数据读入到内存缓冲区中，然后再从缓冲区逐个的将数据送到程序的数据区。内存会为每一个文件的空间开辟缓冲区，要想写入到文件中，必定要先经过缓冲区

缓冲分类——全缓存，行缓存，不缓存

全缓冲：----常规文件

缓冲区刷新条件：

（1）缓冲区满了
（2）文件被关闭了---fclose();----关闭流
（3）程序正常结束
（4）利用函数强制刷新---fflush();

行缓存:-----标准输入、标准输出

行缓冲刷新条件：

（1）缓冲区满了
（2）文件被关闭了---fclose();----关闭流
（3）程序正常结束
（4）利用函数强制刷新---fflush();
（5）缓冲区中遇到‘\n’

不缓存：-----标准错误输出

只要向缓冲区中写数据就会刷新

函数——fflush()

#include <stdio.h>int fflush(FILE *stream);功能：强制刷新缓冲区参数： stream:流 ---0 1 2返回值：成功返回0 失败返回EOF,并返回错误码

文件描述符名称文件指针/流
0 标准输入 stdin
1标准输出stdout
2标准错误输出 stderr

5.标准IO的API：标准IO的函数接口

标准IO：
格式化IO: ---printf/scanf 自定义输入/输出格式
非格式化IO：---对文件的操作无法自定义输入

标准io—函数概要

一、打开文件
FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
二、操作文件
（1）一次读一个字符
int fgetc(FILE *stream);
int getchar(void);//最大的区别就是：getc是宏，fgetc是函数
(2) 一次写入一个字符：
int fputc(int c, FILE *stream);//对相应的流写入一个字符
int putchar(int c);//向标准输出写一个字符
(3)一次读一行字符
char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);
char *gets(char *s);
(4)一次写入一行数据：
int fputs(const char *s, FILE *stream);
int puts(const char *s);
(5)一次读一块字符-----------*
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
(6)一次写入一块字符
size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb,FILE *stream);
(7)关闭文件
int fclose(FILE *stream);
(8)标准IO的移动光标
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

5.1-打开文件

函数——fopen();

#include <stdio.h>

FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);功能：打开文件、将文件的属性赋予到流中参数： pathname：文件路径：带路径的文件名mode：打开文件的方式以及权限分6个

代号权限打开文件的情况写的方式
r 只读文件必须事先存在
r+可读可写文件必须事先存在清空模式
w 只写文件不存在则创建清空模式
w+ 可读可写文件不存在则创建清空模式
a 只写文件不存在则创建追加模式
a+ 可读可写文件不存在则创建追加模式

返回值：成功返回：流：文件指针失败返回NULL，并返回错误码

5.2-操作文件

主要：读写

次要：读写的方式

函数——fgetc

所在库：#include <stdio.h>格式：int fgetc(FILE *stream);功能：根据相应的流，读取一个字符参数：stream:流返回值：成功返回读取到的一个字符，失败返回EOF,并返回错误码读到末尾返回0

函数——宏：getc

getc和fgetc的功能、参数、返回值都一样，用法也一样最大的区别就是：getc是宏，fgetc是函数#define getc fgetc #define wuyanzu guolaoshi

函数——getchar();

所在库：#include <stdio.h>格式：int getchar(void);功能：在标准输入读取一个字符参数： void：空返回值：成功返回读取到的字符，失败返回EOF,并返回错误码重点：getchar主要作用是用来吃垃圾字符的getchar()!='\n'

函数——fputc

所在库：#include <stdio.h>格式：int fputc(int c, FILE *stream);功能：对相应的流写入一个字符参数： c:需要写入的字符 stream:流返回值：成功返回写入的字符，失败返回EOF,并返回错误码实现文件copy功能

函数——putc

是fputc的宏：用法，功能，参数，返回值都和fputc一模一样格式：int putc(int c, FILE *stream);putchar----getchar 所在库：#include <stdio.h>int putchar(int c);功能：向标准输出写一个字符参数： c:需要写入的字符返回值：成功返回写入的字符，失败返回EOF，并返回错误码

函数——fgets

所在库：#include <stdio.h>格式：char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);功能：对相应的文件流读取一行数据，遇到‘\n’就自动停止读取参数： s:读取出来的数据放置的地方 char buf[128];size:读取数据的最大限度，读一次读多少个字节size -1 ，'\0'stream:流返回值：成功返回读出数据存放的地址，失败返回NULL，并返回错误码读到末尾返回：NULL，success

函数——gets --------*

所在库：#include <stdio.h>格式：char *gets(char *s);功能：在标准输入读取一行数据参数： s:读取数据存放的位置返回值：成功返回读取数据的地址，失败返回NULL，并返回错误码PS：注意，为了安全，gets少用，因为该函数没有限制标准输入一行数据的最大值，如果你输入的数据比char *s的大，会发生内存越界，堆栈溢出

函数——fputs（）

所在库——#include <stdio.h>int fputs(const char *s, FILE *stream);功能：写入一行数据到相应的文件中参数： s:需要写入的数据放置的地方：char buf[50];stream:流返回值：成功：非负数失败返回EOF，并返回错误码

函数——puts()

#include <stdio.h>int puts(const char *s);功能：向标准输出写入一行数据参数： s:写入数据存放的位置返回值：成功：非负数失败：返回EOF，并返回错误码

函数——fead()

#include <stdio.h>size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);功能：在相应的流中读取一块数据参数： ptr:读取数据存放的位置 size:读取一次要读取多少字节？ nmemb:运行一次函数，读取多少次数据stream:流返回值：成功返回读到的次数失败返回0

函数——fwrite()

#include <stdio.h>size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb,FILE *stream);功能：往相应的流中写入一块数据参数： ptr:写入数据存放的位置 size:写入一次要写多少字节？ nmemb:运行一次函数，写入多少次数据stream:流返回值：成功返回写入的次数失败返回0

函数——fclose()

#include <stdio.h>int fclose(FILE *stream);功能：关闭相应的流参数： stream:流返回值:成功：0失败：EOF，并返回错误码

标准IO的其他适用函数：

函数——标准IO的移动光标一系列函数

ftell();fseek();-----*rewind();#include <stdio.h>long ftell(FILE *stream);//获取光标当前位置void rewind(FILE *stream);//将光标移动回文件头部int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);功能：根据参数的信息，相应的移动光标参数： stream:流 offset:偏移量whence:基准位置： SEEK_SET:文件头部 SEEK_CUR:光标当前位置 SEEK_END:文件末尾返回值：成功返回0 失败返回-1.并设置错误码

三、文件IO

1、概念：

1>只要输入输出就必定系统调用
2>没有缓冲区，数据都是直接输入输出的
3>核心是文件描述符----系统一部分
4>由系统底层提供 --POSIX
5>应用场景广，有系统的地方，就可以使用文件IO

2、文件描述符

对于内核而言，所有已打开的文件，都由文件描述符引用/标识。我们绝大部分的函数操作，都是操作文件描述符，并非文件本体，文件描述符是一个非负整数。

3、文件IO的API学习：

文件io—函数概要

一、打开文件
二、操作文件

四、时间编程

1.概念

我们需要在编程的时候，获取系统的标准时间

系统的标准时间：1970年1月1日凌晨0时0分0秒到此时此刻的秒数

2.时间编程的API：

时间编程—函数概要

（1）获取系统标准时间
time_t time(time_t *tloc);
（2）将标准时间转换为字符串时间
char *ctime(const time_t *timep);
（3）将标准时间转化为本地时间---自定义
struct tm *localtime(const time_t *timep);
（4）将本地时间转换为字符串时间
char *asctime(const struct tm *tm);

函数——time

#include <time.h>time_t time(time_t *tloc);功能：获取系统的标准时间参数： tloc：保存秒数的变量地址返回值：成功返回获取到的秒数失败返回-1

函数——ctime

#include <time.h>char *ctime(const time_t *timep);功能：将标准时间转换为字符串时间参数： timep:以秒为单位的变量地址返回值：成功返回字符串时间失败返回NULL

函数——localtime

#include <time.h>struct tm *localtime(const time_t *timep);功能；将标准时间转化为本地时间参数： timep:以秒为单位的变量地址返回值：成功返回：结构体指针失败返回：NULL struct tm {int tm_sec; /* Seconds (0-60) */秒数 int tm_min; /* Minutes (0-59) */分钟int tm_hour; /* Hours (0-23) */小时int tm_mday; /* Day of the month (1-31) */月中天数int tm_mon; /* Month (0-11) */月份因为取值是0-11，所以使用时+1int tm_year; /* Year - 1900 */年份 +1900int tm_wday; /* Day of the week (0-6, Sunday = 0) */周几int tm_yday; /* Day in the year (0-365, 1 Jan = 0) */一年中的第几天int tm_isdst; /* Daylight saving time */夏令时};

函数——asctime

#include <time.h>char *asctime(const struct tm *tm);功能；本地时间转换为字符串时间参数： tm:结构体指针返回值：成功返回：表示时间的字符串失败返回：NULL

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