Linux编程-FILE结构体与文件描述符

FILE结构体基本概念

// FILE结构体成员
struct _iobuf {  
        charchar *_ptr;         //文件输入的下一个位置  
        int   _cnt;             //当前缓冲区的相对位置  
        charchar *_base;        //基础位置（文件的起始位置）  
        int   _flag;            //文件标志  
        int   _file;            //文件的有效性验证  
        int   _charbuf;         //检查缓冲区状况，如果无缓冲则不读取  
        int   _bufsiz;          //当前缓冲区有效大小  
        charchar *_tmpfname;    //临时文件名  
        };  
typedef struct _iobuf FILE;

// 主要包括三部分：文件描述符、文件指针、IO缓冲区

文件描述符

• 文件描述符概述
  • 文件存储在磁盘或内存当中，对于内核来讲，所有打开的文件都必须通过文描引用
  • 当打开或创建一个新文件时，内核向进程返回一个文描
  • 当读写一个文件时，使用open或creat返回的文描来标识该文件，将其作为参数传传给read/write
  • 通俗地讲，存在磁盘中的文件想要被进程使用，需要内核向进程返回标识该文件的文描，才可使用
• 文件描述符的特点
  • 文件描述符索引到对应的文件，文件描述符位于内核区的PCB块中
  • 文件描述符是一个百负整数值，所有打开的文件从小到大，依次构成文描数组的下标
  • 在文件描述符数组中有一个对应的指针，该指针指向一个文件结构体
  • 我们不应该纠结于该结构，我们只要拿到文件描述符fd，来访问文件就足够了
• 文件描述符的特殊关联
  • UNIX系统shell把文描0与进程的标准输入（STDIN_FILENO）相关联，
  • UNIX系统shell把文描1与进程的标准输出（STDOUT_FILENO）相关联
  • UNIX系统shell把文描0与进程的标准输入（STDERR_FILENO）相关联，均默认打开
    • 关闭0，则无法从键盘输入。且0对应的文件描述符资源被回收，再打开一个新的文件，该文件的文件描述符为0
    • 关闭1，则无法将内容显示在显示器上。再打开新文件同上
    • 关闭2，无法将错误输出到显示器上。再打开新文件同上

文件读写位置指针

• 操作文件指针的函数请查看此帖：lseek
• 刚打开文件时指向文件的起始位置

IO缓冲区

• 更多缓冲区知识请查看此帖:缓冲区

• IO缓冲区概述

  • 是一个内存地址，通过该地址能找到一块默认大小为8k的内存块
  • C库函数都给我们提供了IO缓冲区，在以下条件满足时，才将缓冲区的内容写入到磁盘文件中
    • 强制刷新
      • int fflush(FILE *stream);成功返回0，否则返回EOF,并设置errno值
      • printf("\n");
    • 正常退出
      • 正常关闭文件：fclose(fp);
      • 主函数中遇到return
      • 主函数中遇到exit

• 为什么要缓冲区

  • 减少对磁盘的操作次数。若读一个字节，写一个字节，会频繁访问磁盘，效率极低
  • 磁盘（一般是机械硬盘）的读取寻道和写入寻道时间是毫秒级，内存的则是纳秒级别
  • 2者相差了$10^6$倍，即百万倍，差别还是很大滴