常識:

1 文件包括屬性和內容

2 文件有打開和未打開文件，

3 本文先討論誰打開的文件，以及如何管理已經打開的文件

一 回憶c接口

1?fopen

??????? 我們在test.c里面用一下fopen函數，不存在打開的文件會默認創建，那為什么默認新建在當前目錄下，是因為cwd，而不是PWD，我們知道PWD是環境變量，如果我們去到其它工作目錄，PWD會變，但是CWD不變，此時再運行一下test.c，此時文件還是會創建在CWD存的路徑下，而不隨著環境變量改變而變化。

2 fwrite

????????fwrite函數可以往文件寫數據，值得一提的是fwrite的size參數，這個是要寫入的字節數，我們大部分時候都是往文件寫個字符串，例如"hello linux"，有時候size傳strlen("hello linux")，有時候傳sizeof(hello linux)，我們會發現sizeof多寫入的\0被文件識別為亂碼，這說明一個問題，字符串結尾有\0這個字符是c語言的規定，文件是不認這個\0是字符的。

二?文件操作和系統調用

????????fwrite庫函數一定封裝了系統調用，因為文件是在磁盤上的，fwirte要往硬件寫數據，那不就相當于訪問硬件的資源，由于操作系統不相信用戶，所以fwrite一定不是直接把數據弄給硬件，而是通過操作系統的接口將數據傳給硬件。接下里就來認識認識幾個系統調用。

????????1?認識open

??????? 從fopen的名字上看，我們也知道fopen封裝的是open，接下來就看看open的參數和返回值。man 2 open就可從手冊調出open的信息。

顯然，函數1是函數2的的子集合，我們只要說清楚了函數2，函數1的使用也就明白了。

參數1 文件名，不帶路徑應該是默認在當前路徑下找。

參數2 flags是什么呢?

????????

????????我們要給flags傳的是上面圖片中的宏，這些宏都表示一個一個的整數，接下來就介紹介紹這些宏的意義，以及如何使用。O_RDONLY表示open以只讀方式打開，O_WRONLY表示open以寫方式打開, ?而O_RDWR則表示以讀寫方式打開，這三個宏最好只出現一個，至于其它的宏O_APPEND，這個是表示向文件寫時以追加的方式去寫。

使用:

| ：按位或?這個使用又是啥意思呢??

????????舉個例子，O_RDONLY可能是用0001來表示，O_WRONLY則是0010，O_RDWR則是0100來表示，同理得，O_APPEND就要用1000來表示，只用了一個比特位就能唯一表示一個宏，這樣的設計非常巧妙，首先我們可能會傳多個宏，設計者沒有用可模板參數來接收，而是只用一個整型，因為我們可以對傳的參數進行按位或，這樣只要對按位或的結果一分析，就知道你打開文件是要讀還是寫了，所以flag的類型就只是個樸素的int，可其實里面門道也不少。

參數3 權限初始化，因為我們open發現打開文件不存在，要創建文件，此時文件的權限是要指定的，不然會給一個初始值，但這個初始值如下圖。

? ? ? ?2?認識write和read

write和read就簡單多了。

write:往fd這個文件描述符對應的文件寫入buf數組中的元素，字節數為count。

read:從fd這個文件描述符對應的文件讀取count個字節的數據，寫入buf數組中。

????????現在我們就能解釋：現在我們就可以解釋為什么fwrite就傳一個"w"可以實現清空寫，以及創建文件，"w+"為什么能實現追加寫，就是因為在底層封裝了這些宏，然后操作系統識別到了，在調用系統調用的時候傳了給flag傳了不同的宏，至于返回值會在下面訪問文件的本質中提及。

三?訪問文件的本質

????????open的返回值-文件描述符，這個文件描述符怎么是int類型呢，我fopen用的可是FILE*，這兩者有什么關系嗎?

? ? ? ? 先來看看操作系統如何管理文件，首先操作系統打開的文件有很多，這些必然會被操作系統管理，操作系統管理文件，就像管理進程一樣，只要用一個file結構體描述文件即可，根本就不需要管文件內容，這樣在系統內核處，就又增加了一個數據結構，將所有的file結構體管理起來。誒，不對啊，文件不是進程打開的嗎，那不是應該進程管理嗎，如果僅僅是被進程管理，那如果進程出異常了，被kill了，這些文件不就丟失了?所以系統必須也要管理。如下圖:

? ? ? ? 好吧，既然上面是系統管理文件的方式，那進程呢怎么管理呢?

????????所以會有一個files_struct(這個和FILE*可不相同)來管理，這個結構體內部會有一個數組，數組每元素就是一個文件指針，而文件描述符就是數組下標，所以說一個文件描述符一定對應一個文件，當然多個文件描述符可以對應同一個文件(file結構體內部肯定是會有引用計數記錄的)。也就是說底層進程是通過下標來找文件指針，從而找到文件的，所以FILE*內部一定封裝了文件描述符，不然系統調用找不到文件。

????????我們發現所有語言寫的代碼運行起來都要默認打開三個文件，stdin,stdout,stderror，因為系統就要這樣做，系統設計這就認為開機后天然需要鍵盤，顯示器文件，所以就要打開，而所有語言寫的代碼不管寫了啥，形成進程后，就會把已經打開的文件填到files_struct內，所以程序一運行，該數組內就有了三個元素。

????????既然stderror和stdout都是指向顯示器文件，它們的區別是什么，我想也就是其內部的封裝的文件描述符不同，當我們close(1)，printf就用不了了，但是perror還可以向顯示器打印。

四?重定向

? ? ? ? 周邊小知識:write寫的時候如果不close，一直寫，那就會一直往后寫，而不是覆蓋，open以追加方式寫，指的是第一次write寫的時候從哪開始寫。

1 文件描述符的分配規則

? ? ? ? 自數組開頭遍歷，在數組中最先遇到的空格位置的下標，就是被分配的文件描述符。先前已經說了系統會打開兩個文件(說打開三個是方便理解)，這兩個文件是鍵盤，顯示器，而顯示器被打開了兩次，在files_struct內的數組就會有三個文件描述符，其中0存的是鍵盤文件指針，1,2存的都是顯示器文件指針，我前面說多個文件描述符可以對應同一個文件，這就是實實在在的例子。

2?手動實現重定向

????????輸出重定向就是：printf本來是要寫給顯示器的，但是由于close(1)，然后又打開了myfile.txt后占用了一號位(這就驗證了文件描述符的分配規則)。

    1 #include<stdio.h>2 #include<stdlib.h>3 #include<unistd.h>4 #include<string.h>5 #include <sys/types.h>6 #include <sys/stat.h>7 #include <fcntl.h>8 int main()9 {10     printf("我的id:%d\n",getpid());11     close(1);
W> 12     int fd = open("myfile.txt", O_CREAT|O_WRONLY,0666);13     printf("我的id:%d\n",getpid());                                                14     return 0;15 }~

所以兩句printf就只有一句輸出，因為第二句printf就變成往myfile.txt輸出了。

????????這也側面說明在操作系統看來，往顯示器寫和普通的文件沒有區別，而printf內部用的stdout一定是封裝了1號文件描述符，這是編碼定死的，printf也不管這個標識符對應的文件變了沒，拿到就寫，就有了輸出重定向這種烏龍。

3 系統調用dup2

? ? ? ? 雖然可以先close，再打開文件實現重定向，但這樣的代碼還是不如直接調用系統調用那么優雅，直接上代碼，看看使用。結果一致。

問題1?oldfd和newfd誰覆蓋誰，顯然從先前的例子來看，是oldfd上的內容覆蓋到newfd的內容，本質是數組對應下標上元素，也就是文件指針的拷貝。

讀者可以嘗試進行輸入重定向

同理也就是對0號位置下標做手腳