0. 文件先前理解

1. C文件接口

1.1 寫文件

1.2?讀文件

1.3?輸出信息到顯示器

1.4 總結 and stdin & stdout & stderr

2. 系統調用文件I/O

2.1 系統接口使用示例

2.2?接口介紹

2.3?open函數返回值

3. 文件描述符fd及重定向

3.1?0 & 1 & 2

3.2 文件描述符fd的理解

3.3 文件描述符Linux內核源碼分析

3.4?文件描述符的分配規則

3.5?重定向

3.6 使用 dup2 系統調用

4. 在minishell中添加重定向功能

5. 有關FILE緩沖區及Linux一切皆文件理解

5.1 一切皆文件及C語言實現運行時多態

5.2 緩沖區

5.3?C標準庫FILE結構體及緩沖區

5.4 大致模擬緩沖區設計

0. 文件先前理解

文件 = 文件內容 + 文件屬性

因此，對文件進行的操作無非：對內容，對屬性

文件本質存放在磁盤上，訪問文件，先寫代碼 -> 編譯 -> exe -> 運行 ->訪問文件，其本質是進程在訪問文件！！！

????????要向硬件寫入，只有操作系統具備權利，而普通用戶寫入，則需要使用操作系統提供的文件類系統調用接口，而語言層面對系統調用接口進行了封裝，由于不同操作系統平臺提供的系統調用接口不同，語言把所有平臺的代碼都實現條件編譯—動態裁剪，使其語言具有跨平臺性！如果語言不提供對文件的系統接口的封裝，所有訪問文件的操作，都必須使用OS的接口，一旦使用系統接口，編寫所謂的文件代碼，就無法在其他平臺安全運行，就不再具有跨平臺性。

學習OS層面的文件系統，本質是為了更好的理解不同語言底層操作實際是相通的！

顯示器是硬件，而printf向顯示器打印，本質也是一種寫入！

Linux下，一切皆文件，又該如何理解？

文件而言：

曾經理解的文件，站在寫程序的角度，將文件打開，加載到內存，進行read，write

顯示器：printf，cout -> 一種write

鍵盤：scanf，cin -> 一種read

普通文件 -> fopen/fread -> 你的進程內部（內存） -> fwrite -> 文件中

? ? ? ? ?????????????????input? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? output

站在系統的角度，能夠被input讀取，或者output寫出的設備就叫做文件！

狹義的文件——普通磁盤文件

廣義上的文件——顯示器，鍵盤，網卡，聲卡，顯卡，磁盤。幾乎所有外色，都可以稱之為文件

1. C文件接口

打開文件：fopen

打開方式： r，r+，w，w+，a，a+...

fopen以當前路徑打開文件或者相對路徑打開文件

當前路徑默認是：當一個進程運行起來，在其pcb結構體中，沒個進程都會記錄當前所處的工作路徑—cwd（創建工作的目錄）即為該進程的當前路徑！

1.1 寫文件

//打開文件

FILE * fopen ( const char * filename, const char * mode );

//關閉文件

int fclose ( FILE * stream );

//fwrite:

size_t?fwrite(?const?void?*buffer,?size_t?size,?size_t?count,?FILE?*stream?);

buffer—要寫入的數據? size—一個元素的大小 count—幾個元素 stream—文件流
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{FILE* fp = fopen("myfile", "w");if (!fp) {printf("fopen error!\n");}const char* msg = "hello Linux!\n";int count = 5;while (count--) {fwrite(msg, strlen(msg), 1, fp);}fclose(fp);return 0;
}
注意：這里寫入字符串不計算'\0'，因為字符串結束標志是C語言提供的，而不是操作系統所具有的！

1.2?讀文件

//fread:

size_t?fread(?void?*buffer,?size_t?size,?size_t?count,?FILE?*stream?);

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{FILE* fp = fopen("myfile", "r");if (!fp) {printf("fopen error!\n");}char buf[1024];const char* msg = "hello Linux!\n";while (1) {size_t s = fread(buf, 1, strlen(msg), fp);if (s > 0) {buf[s] = 0;printf("%s", buf);}if (feof(fp)) {break;}}fclose(fp);return 0;
}

1.3?輸出信息到顯示器

將寫入的數據流入stdout，即輸出到顯示器

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{const char* msg = "hello fwrite\n";fwrite(msg, strlen(msg), 1, stdout);printf("hello printf\n");fprintf(stdout, "hello fprintf\n");return 0;
}

1.4 總結 and stdin & stdout & stderr

C默認會打開三個輸入輸出流，分別是stdin, stdout, stderr

仔細觀察發現，這三個流的類型都是FILE*, fopen返回值類型，文件指針

打開文件的方式：

r? ? ? ? ? Open text file for reading. The stream is positioned at the beginning of the file.

r+ ???????Open for reading and writing. The stream is positioned at the beginning of the file.

w ????????Truncate(縮短) file to zero length or create text file for writing. The stream is? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? positioned at the beginning of the file.

w+ ??????Open for reading and writing.The file is created if it does not exist, otherwise it is? ? ? ? ? ? ? ? ? ? truncated. The stream is positioned at the beginning of the file.

a? ? ? ? ? Open for appending (writing at end of file). The file is created if it does not exist.? ? ? ? ? ? ? ? ? ? The?stream is positioned at the end of the file.

a+ ???????Open for reading and appending (writing at end of file). The file is created if it does? ? ? ? ? ? ? ? not exist. The initial file position for reading is at the beginning of the file, but output? ? ? ? ? ? ? is always appended to the end of the file.

如上，是我們之前學的文件相關操作。還有 fseek ftell rewind 的函數，在C部分已經有所涉獵，請同學們自行復習。

2. 系統調用文件I/O

操作文件，除了上述C接口（當然，C++也有接口，其他語言也有），我們還可以采用系統接口來進行文件訪問，先來直接以代碼的形式，實現和上面一模一樣的代碼！

2.1 系統接口使用示例

open close read write O_CREAT O_TRUNC O_WRONLY O_RDONLY O_RDWR...

寫文件：

#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 Linux!\n";int len = strlen(msg);while (count--) {write(fd, msg, len);//fd: 后續， msg：緩沖區首地址， len: 本次讀取，期望寫入多少個字節的數//據。 返回值：實際寫了多少字節數據}close(fd);return 0;
}

讀文件：

#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 Linux!\n";char buf[1024];while (1) {ssize_t s = read(fd, buf, strlen(msg));//類比writeif (s > 0) {printf("%s", buf);}else {break;}}close(fd);return 0;
}

在應用層看到一個很簡單的動作，在系統接口層面甚至OS層面，可能要做非常多的動作！

2.2?接口介紹

open ——?man open

#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: 要打開或創建的目標文件 
flags: 打開文件時，可以傳入多個參數選項，用下面的一個或者多個常量進行“或”運算，構成flags。 參數: O_RDONLY: 只讀打開 O_WRONLY: 只寫打開 O_RDWR : 讀，寫打開 這三個常量，必須指定一個且只能指定一個 O_CREAT : 若文件不存在，則創建它。需要使用mode選項，來指明新文件的訪問權限 O_APPEND: 追加寫
返回值：成功：新打開的文件描述符失敗：-1

mode_t理解：直接 man 手冊，比什么都清楚。

open 函數具體使用哪個，和具體應用場景相關，如目標文件不存在，需要open創建，則第三個參數表示創建文件的默認權限,否則，使用兩個參數的open。