• 二、linux IO 编程---系统调用和POSIX标准和标准IO


    2.1 系统调用

    2.1.1 概念

      所谓系统调用(system call)是指曹错系统提供给用户程序的一组“特殊”接口,用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统内核提供的特殊服务。

      

    • 应用程序可以直接调用系统调用获得内核的服务
    • shell 可以调用系统调用
    • 标准C库,也可以调用系统调用,获得内核服务  

    2.1.2 linux 进程的运行状态

      当应用程序进行系统调用的时候,进程运行状态会发生变化,进程会从运行态变为内核态,当调用完成后,则从内核态变为运行态。

    • 内核态:进程运行在内核空间
    • 运行态:进程运行在用户空间

    2.2 UNIX 标准

    • ISO C
    • IEEE POSIX
      • 在 linxu 中用户编程接口(API)遵循了在 UNIX 中最流行的应用编程界面标准——POSIX 标准。这些系统调用编程接口主要通过C库(libc)实现的。

    2.3 标准IO

      文件操作标准I/O库函数:

      fopen、fread、fwrite、fclose、fflush、fseek、fgetc、getc、getchar、fputc、putc、putchar、fgets、gets、printf、fprintf、sprintf、scanf、fscanf、sscanf、fgetops、fsetops、ftell、rewind、freopen、setvbuf、remove、fileno、fdopen

      目录操作标准I/O库函数:

      opendir、readdir、telldir、seekdir、closedir

    2.3.1  fopen -- 用于打开一个文件,返回一个指向该文件的文件指针

    1 #include<stdio.h>
    2 FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

    参数说明:
      filename -- 指定了被打开的文件的路径(相对路径或绝对路径)
      mode -- 指定了被打开文件的操作方式,如下:
        "r"    --  只读
        "w"   --  只写,并将文件截断为0
        "a"    --  只写,以追加方式从文件尾开始写
        "r+"      --  读写
        "w+"    --   读写,并将文件截断为0
        "a+"     --  读写,以追加方式从文件尾开始写
    fopen执行成功时返回指向被打开文件的文件流指针,失败时返回NULL。

    2.3.2 fread -- 用于从一个文件流中读取数据

    #include<stdio.h>
    size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nitems, FILE *stream);

    参数说明:
      ptr       --   指定从文件流中读取的数据所存放的地方
      size      --   指定所读取的每一条记录的大小,单位字节
      items    --   指定本次读操作所读取的记录条数
      stream  --   指定读取数据的来源————文件流
    fread执行成功时返回实际读取记录的条数。

    2.3.3 fwrite -- 用于写数据到一个文件流中

    #include<stdio.h>
    size_t fwrite(void *ptr, size_t size, size_t nitems, FILE *stream);

    参数的含义以及返回的结果类似于fread。需要说明的是,fread和fwrite并不适合从结构化的数据源中读取数据,一个主要原因是fwrite可移植性较差。

    2.3.4 fclose -- 断开一个文件流指针与文件的关联

    #include<stdio.h>
    int fclose(FILE *stream);

    fclose操作将会引起所要关闭的文件流刷新缓冲区的操作,这使得该文件流上的所有读写操作都立刻执行。当程序正常终止时会对所有尚未关闭的文件流自动执行fclose操作。

    2.3.5 fflush -- 刷新指定文件流的缓冲区

    #include<stdio.h>
    int fflush(FILE *stream);

    fflush函数会使得文件流上所有未执行写操作立刻执行,这在交互性的程序中特别有用。在调用fclose函数关闭一个文件流时,实际上隐含调用了一次fflush操作。

    2.3.6 fgetc、getc、getchar -- 从指定文件流中读取一个字节的数据

    #include<stdio.h>
    int fgetc(FILE *stream);
    int getc(FILE *stream);
    int getchar();

    函数fgetc从指定的文件流中读取一个字节的数据,并返回该字节数据的整型值,当读到文件尾或发生错误时返回EOF。getc同fgetc,只是它有可能被实现为宏。getchar函数相当于从标准输入读取字节时的fgetc。

    2.3.7 fputc、putc、putchar -- 写一个字节数据到指定的文件流

    #include<stdio.h>
    int fputc(int c, FILE *stream);
    int putc(int c, FILE *stream);
    int putchar(int c);

    fputc函数将一个字节写到指定的文件流中,成功时返回返回写入的字节的整型值,失败时返回EOF。putc同fputc,只是有可能被实现为宏。putchar相当于向标准输出写一个字节时的fputc。

    2.3.8 fgets、gets -- 用于从一个文件流读取一个字符串

    #include<stdio.h>
    char *fgets(char *s, int n, FILE *stream);
    char *gets(char *s);

    参数说明:
      s -- 指定存放所读取的数据的位置
      n -- 指定读取数据的最大长度(包括结尾的字符)
      stream -- 数据源,是一个文件指针
    fgets函数从指定的文件流指针中读取一个字符串,直到遇到换行符或者已经读了n-1个字符或者遇到文件EOF,它会在所读取的数据结尾加上一个字符,然后放到s指定的位置。成功时返回返回指向s的指针,失败时返回NULL,并重置全局变量errno以指明失败原因。读到文件尾EOF时也返回NULL。
    gets函数从标准输入流中读取一个字符串,直到遇到换行符(它会把换行符扔掉并不上一个字符)后返回。处于安全的考虑,建议使用fgets函数。

    2.3.9 printf、fprintf、sprintf -- 格式化输出函数

    #include<stdio.h>
    int printf(const char *format, ...);
    int sprintf(char *s, const char *format, ...);
    int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

    参数说明:
      format -- 格式字符串,它可以分为两个部分:普通字符和转换说明。普通字符原样输出,转换说明用于指定printf系列函数的输出格式,它以百分号开始,以转换字符结束,具体如下:

    printf格式说明
     转换说明  输出结果
     %d,%i  输出十进制整型
     %o  输出八进制整型
     %x  输出十六进制整型
     %u  输出无符号十进制整型
     %c  输出一个字符
     %s  输出一个字符串
     %f  输出一个单精度浮点数
     %e,%E  输出一个双精度浮点数,以科学计数法的形式表示
     %g,%G  以一般格式输出一个双精度浮点数
     %p  void *类型指针(取决于具体实现)
     %%  输出一个百分号


      其中d、i、o、x、X、u、……、p就是转换字符,在百分号与转换字符之间可能依次包含下列组成部分:

    • 负号     --    指定被转换的参数按照左对齐形式输出,默认为右对齐
    • 整数     --    用于指定最小字段宽度,如有必要将以空格填充以保证对齐
    • 小数点  --    用于将字段宽度与字段精度分开
    • 整数     --    用于指定精度,即字符串中要打印的最大字符数、浮点数小数点后的位数、整数最少输出的数字数目
    • 字母     --    如h用来指定打印short类型,l用来指定打印long类型

    2.3.10 scanf、fscanf、sscanf -- 格式化输入函数

    #include<stdio.h>
    int scanf(const char *format, ...);
    int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);
    int sscanf(char *s, const char *format, ...);

    scanf系列函数的参数的作用与printf系列函数参数的作用方式十分不同,在scanf系列函数中,输入(获取变量值的源)与格式字符串之间是一种匹配的关系,只有二者匹配成功,scanf函数才有可能执行成功。比如对于scanf("Hello %d", &i)而言,它要求输入中必须以Hello单词为前导,否则将匹配失败,scanf函数就不能成功执行。格式串可能包含的部分如下:

    • 空格或制表符    --  在处理过程中将被忽略,不用于匹配
    • 普通字符        --  用于匹配输入流中的下一个非空白字符
    • 转换说明        --  依次由一个%、一个可选赋值禁止字符*、一个可选数值(指定最大字段宽度)、一个可选h或l或L字符(指定目标对象的宽度)以及一个转换字符组成

    转换说明用于控制下一个输入字段的转换。通常,转换结果存放在相应的参数指向的变量中,但是如果转换说明中包含赋值禁止字符*,则跳过该输入字段,不进行赋值。输入字段定义为一个不包含空白字符的字符串,因此其边界就定义为下一个空白字符(或者到达指定的宽度)。转换字符指定对输入字段的解释,对应的参数必须是指针,scanf转换字符的解释同printf的转换字符。

    2.3.11 其它不常用的标准输入输出库函数

    #include<stdio.h>
    int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *pos); /* 得到当前读写位置 */
    int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *pos);   /* 设置当前读写位置 */
    long int ftell(FILE *stream);   /* 返回当前读写位置的偏移量 */
    void rewind(FILE *stream);      /* 重置文件流的读写位置 */
    FILE *freopen(const char *filename, const char *mode, FILE *stream);    /* 复用一个文件流指针 */

    2.3.12、opendir -- 打开一个目录

    #include<sys/types.h>
    #include<dirent.h>
    DIR *opendir(const char *dirname);

    成功时返回指向一个目录的目录指针,失败时返回NULL。

    2.3.13、readdir -- 读取一个目录的目录项

    #include<sys/types.h>
    #include<dirent.h>
    struct dirent *readdir(DIR *dirp);

    成功时返回一个指向struct dirent结构(它被用来保存目录项)的指针,失败或者到达目录目录结尾(最后一项之后)时返回NULL。struct dirent结构至少包含以下两个元素:

    ino_t d_ino;    /* 文件的indoe节点号 */
    char d_name[];  /* 文件名 */

    2.3.14、telldir -- 返回目录流但前的读写位置

    #include<sys/types.h>
    #include<dirent.h>
    long int telldir(DIR *dirp);

    2.3.15、seekdir -- 用于设置目录流中指向目录项的指针的指向的位置

    #include<sys/types.h>
    #include<dirent.h>
    void seekdir(DIR *dirp, long int loc);

    结合telldir函数,可以让目录流回到之前的读写位置。

    2.3.16、closedir -- 断开一个目录流指针与一个目录的关联

    #include<sys/types.h>
    #include<dirent.h>
    int closedir(DIR *dirp);

    成功时返回0,失败时返回1并设置全局变量errno的值。

    2.3.17、strerror -- 错误处理

    #include<string.h>
    char *strerror(int errnum);

    这个函数接受一个整型值(通常在I/O错误发生时,用errno值作为参数的值),返回一个指向该整型值所代表的错误信息的字符串的指针。

    2.3.18、perror -- 输出错误信息到标准错误

    #include<stdio.h>
    void perror(const char *s);

    该函数会报告全局变量errno所代表的错误到,输出格式如下:
      s: errstr
    前面s表示传给perror函数的参数(字符串),然后跟上一个冒号和一个空格,后面是当前出错信息。

    2.4 FILE 结构体

      头文件 stdio.h,以下只是简单的参数,还有很多参数

      

      fd 文件描述符就是联系的标准IO和系统调用IO的。

      标准C的IO 都是带缓存的。调用标准C,写入或读取数据时候,先读写到缓存中,然后才输入或输出到定义的变量 buf 或 文件中。

      缓存操作如下:

      

      缓存遇到换行符或是return 或者写满缓存后的时候,才会输出。

      数据先写进缓存,然后再输出到文件或屏幕上。

      stdin:标准输入,scanf 类函数就是默认的使用此函数

      stdout:标准输出,printf 函数默认使用此

      stderr:标注错误

      这三个就是FILE 类型结构体指针,也称为流指针

    2.5 标准C的缓存类型

    • 全缓存:要求填满整个缓存区后才进行 I/O 系统调用。对于磁盘文件通常使用全缓存访问
      • 还有一种就是通过 fflush 函数将缓存输出出来
      • 程序结束时候也会自动输出,此时会自动调用   fflush 函数  
    • 行缓存:涉及一个终端时(例如标准输入和标准输出),使用行缓存
      • 行缓存存满自动输出
      • 碰到换行符时也自动输出 
    • 无缓存:标准错误流 stderr 通常是不带缓存区的,这使得错误信息能够尽快的显示出来  

        

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/kele-dad/p/8983110.html
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