IO基础知识与概念

什么是 IO

在计算机操作系统中，所谓的I/O就是 输入（Input）和输出（Output），也可以理解为读（Read）和写（Write)

IO操作会涉及到用户空间和内核空间的转换，先理解以下规则：

• 内存空间分为用户空间和内核空间，也称为用户缓冲区和内核缓冲区；
• 用户的应用程序不能直接操作内核空间，需要将数据从内核空间拷贝到用户空间才能使用；
• 无论是read操作，还是write操作，都只能在内核空间里执行；

标准IO与系统IO

1. • 系统IO：不带缓冲机制，系统IO可以操作普通文件与驱动文件
   • 标准IO：带缓冲机制，标准IO只可以操作普通文件。提供多种的格式的输入输出如（字符串、整形......）
2. • 标准IO使用链表管理返回值（FILE类型的指针）
   • 而系统IO使用顺序表管理返回值（int类型的下标）
3. • 系统IO：由操作系统直接提供的接口函数
   • 标准IO：由标准C库（第三方库）提供的接口函数（通过封装操作系统提供的系统IO，再给用户使用）

4. 无论是标准IO还是系统IO都会提前在自身的管理结构中先后打开stdin,stdout,stderr

5. 标准IO=系统IO+缓冲区
   

缓冲的作用与刷新条件

作用：在进行数据的读写的过程中，先不把数据直接写入或者读入设备中，而是写或者读入内存空间，当满足一定条件时候，将该空间的文件写入文件或设备中。这样可以减少操作系统调用驱动程序或文件的次数，提高读写的速度，和代码的效率。因为每一次系统调用的过程都是很浪费系统资源的。

刷新条件：

• 缓冲区已满
• 强制刷新
• 程序结束
• 关闭文件

文件打开

标准IO

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

头文件	#include<stdio.h>

参数
filename	字符串，表示要打开的文件名称
mode	字符串，表示文件的访问模式。

选项
r	打开一个用于读取的文件。该文件必须存在。
w	创建一个用于写入的空文件。如果文件名称与已存在的文件相同，则会删除已有文件的内容，文件被视为一个新的空文件。
a	追加到一个文件。写操作向文件末尾追加数据。如果文件不存在，则创建文件。
r+	打开一个用于更新的文件，可读取也可写入。该文件必须存在。
w+	创建一个用于读写的空文件。如果文件名称与已存在的文件相同，则会删除已有文件的内容，文件被视为一个新的空文件。
a+	打开一个用于读取和追加的文件。
上述后+b	以二进制的方式打开（不加则默认以文本形式打开）

返回值

成功返回文件指针（FILE *）

失败返回NULL

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系统IO

int open(const char * pathname, int flags);
int open(const char * pathname, int flags, mode_t mode);

头文件	#include<stdio.h>
	#include<fcntl.h>//在centos6.0中只要此头文件就可以
	#include<sys/types.h>
	#include<stdio.h>
#incldue<sys/stat.h>

参数
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falgs。

选项
O_RDONLY	以只读方式打开文件
O_WRONLY	以只写方式打开文件
O_RDWR	以可读写方式打开文件。 上述三种旗标是互斥的, 也就是不可同时使用, 但可与下列的旗标利用OR
O_CREAT	若欲打开的文件不存在则自动建立该文件
O_EXCL	如果O_CREAT 也被设置, 此指令会去检查文件是否存在。 文件若不存在则建立该文件, 否则将导致打开文件错误。
O_APPEND	当读写文件时会从文件尾开始移动, 也就是所写入的数据会以附加的方式加入到文件后面.

返回值

成功返回文件标识符（int）

失败返回-1

数据获取

标准IO

共有三类获取方式，六个函数接口

1. 按字符获取

int fgetc(FILE *stream)
int getc(FILE *stream)
int getchar(void)

头文件	#include<stdio.h>

参数
stream	这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要在上面执行操作的流。

返回值
成功	读取到的单个字符
失败	EOF(End of File)

2. 按行获取

char *fgets(char *str, int n, FILE *stream)
char *gets(char *s)

头文件	#include<stdio.h>

参数
str	这是指向一个字符数组的指针，该数组存储了要读取的字符串。
n	这是要读取的最大字符数（包括最后的空字符）。通常是使用以 str 传递的数组长度。
stream	这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要在上面执行操作的流。

返回值
成功	返回相同的 str 参数
失败/到达文件末尾/没有读取到任何字符	返回一个空指针

3. 按块获取

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream)

头文件	#include<stdio.h>

参数
ptr	这是指向带有最小尺寸 size*nmemb 字节的内存块的指针。
size	这是要读取的每个元素的大小，以字节为单位。
nmemb	这是元素的个数，每个元素的大小为 size 字节。
stream	这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要在上面执行操作的流。

返回值
成功	以 size_t 对象返回，size_t 对象是一个整型数据类型。
失败/到达文件末尾	总数与 nmemb 参数不同

系统IO

ssize_t read(int fd, void * buf, size_t count);

头文件	#include<unistd.h>

参数
fd	这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要在上面执行操作的流。
buf	这是指向内存块的指针。
count	这是元素的个数，每个元素的大小为 1 字节。

返回值
成功	返回实际读到的字节数量
到达文件末尾	返回字节数<=count
失败	-1

数据写入

标准IO

一共三类写入方式，六种接口

1. 按字符写入

int fputc(int c,FILE *stream)
int putc(int c,FILE *stream)
int putchar(int c)

头文件	#include<stdio.h>

参数
c	这是y要写入的字符。
stream	这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要在上面执行操作的流。

返回值
成功	非负整数
失败	EOF

2. 按行写入

char *fputs(const char *str, FILE *stream)
char *puts(const char *str)

头文件	#include<stdio.h>

参数
str	这是要写入的字符串。
stream	这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要在上面执行操作的流。

返回值
成功	非负整数
失败	EOF

3. 按块写入

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream)

头文件	#include<stdio.h>

参数
ptr	这是指向带有最小尺寸 size*nmemb 字节的内存块的指针。
size	这是要读取的每个元素的大小，以字节为单位。
nmemb	这是元素的个数，每个元素的大小为 size 字节。
stream	这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了要在上面执行操作的流。

返回值
成功	返回写入的数据块个数=nmemb
失败/到达文件末尾	返回值 < nmemb

系统IO

int write(int handle,void *buf,int len);

头文件	#include<io.h>

参数
handle	这是要获取文件指针的文件标识符
buf	这是要写入的内容。
len	这是要写入文件的长度。

返回值
成功	返回写入的数据块个数=nmemb
失败/到达文件末尾	返回值 < nmemb

文件关闭

标准IO

int fclose(FILE *stream)

头文件	#include<stdio.h>

参数
stream	这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象指定了要被关闭的流。

返回值
成功	返回0
失败	返回EOF

系统IO

int close(int fd)

头文件	#include<unistd.h>

参数
fd	是需要关闭的文件描述符。

返回值
成功	返回0
失败	返回-1，并设置errno

文件光标

标准IO

int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence)

头文件	#include<stdio.h>

参数
stream	这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象指定了要被关闭的流。
offset	这是相对 whence 的偏移量，以字节为单位。
whence	这是表示开始添加偏移 offset 的位置。一般指定为下列常量之一
SEEK_SET	文件的开头
SEEK_CUR	文件指针的当前位置
SEEK_END	文件的末尾

返回值
成功	返回0
失败	返回非0

系统IO

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

头文件
	#include <sys/types.h>
	#include <unistd.h>

参数
fd	这是文件描述符。。
offset	这是相对 whence 的偏移量，以字节为单位。
whence	这是表示开始添加偏移 offset 的位置。一般指定为下列常量之一
SEEK_SET	文件的开头
SEEK_CUR	文件指针的当前位置
SEEK_END	文件的末尾

返回值
成功	返回从文件头部开始算起到当前读写位置的偏移量
失败	返回-1，并设置errno