• Linux文件操作


    Linux中一切都是文件。如普通文件,目录,设备,管道等。
    操作这些文件有两种方式,调用系统函数和使用标准I/O库。

    一、调用系统函数
    1.文件描述符:数值类型,表示打开的文件标识
    程序运行时,会首先打开3个文件描述符,0(标准输入文件),1(标准输出文件),2(标准错误文件)

    2.系统调用常用函数
    1)open函数:打开文件
    原型为:

    int open(const char *path,int oflags)
    int open(const char *path,int oflags,mode_t mode)

    path:完整的文件路径
    oflags:文件访问模式(只读,只写,可读写)
    mode:设定文件访问权限

    返回值:返回与文件关联的文件描述符,失败返回-1
    注意这个描述符是唯一的,不与其他进程共享,文件对应的文件描述符并不是固定的

    2)write函数:写入文件
    原型为:

    size_t write(int fildes,const void *buf,size_t nbytes);

    将buf缓冲区的前nbyts个字节,写入文件描述符files关联的文件中。
    返回值:实际写入的字节数,失败返回-1

    3)read函数:读取文件
    原型为:

    size_t read(int fildes,void *buf,szie_t nbytes);

    读取文件描述符fildes关联的文件中前nbytes个字节,到buf缓冲区
    返回值:实际读取的字节数,失败返回-1

    4)close函数:关闭文件
    原型为:

    int close(int fildes);

    返回值:成功返回0,失败返回-1

    3.调用系统函数示例
    从一个文件中复制数据到另一个文件,代码如下:
    copy.c

    #include<fcntl.h>
    #include<stdlib.h>
    int main()
    {
        char c='';
        int in=-1,out=-1;
        in=open("myfile.txt",O_RDONLY);
        //以只写方式创建文件,若文件不存在则新建一个文件
        //文件所有者具有读和写权限
        out=open("myfile2.txt",O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR);
        while(read(in,&c,1)==1)
            write(out,&c,1);
        close(in);
        close(out);
        return 0;
    }

    输出结果:

    4.标准I/O库
    在标准I/O中,使用的是文件流,对应着底层的文件描述符。
    文件流是一个指向FILE结构的指针

    I/O库的函数包含在头文件stdio.h中。

    1)fopen函数:打开文件
    原型为:

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

    与底层open函数类似
    返回值:成功返回非空指针,失败返回NULL

    2)fread函数:读取文件
    原型为:

    size_t fread(void *ptr,size_t size,size_t nitems,FILE *stream);

    与底层read函数类似
    从stream读取nitems个长度为size的数据到ptr指向的缓冲区
    返回值:成功读取的字节数,失败返回-1

    3)fwrite函数:写入文件
    原型为:

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

    与底层write函数类似
    从ptr指向的缓存区读取nitems个长度为size的数据,并把它们写到stream对应的文件中。
    返回值:成功写入的字节数,失败返回-1

    4)fclose函数:关闭文件
    原型为:

    int fclose(FILE *stream);

    返回值:成功返回0,失败返回-1

    5.标准I/O使用示例
    与前例一样,从一个文件中复制数据到另一个文件,只是使用I/O库函数来实现,
    代码如下:

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    int main()
    {
        int c=0;
        FILE *pfin = NULL;
        FILE *pfout = NULL;
        pfin = fopen("myfile.txt","r");
        pfout = fopen("myfile2.txt","w");
        while(fread(&c,sizeof(char),1,pfin))
            fwrite(&c,sizeof(char),1,pfout);
        fclose(pfin);
        fclose(pfout);
        return 0;
    }

    输出结果:

    程序中的读和写数据可以用库中的其他函数来代替,如fget,fputc等。

    6.文件描述符和文件流
    一般不要混合使用底层输入输出与高层文件流操作。
    调用fileno函数,可以获得文件流使用的底层文件描述符
    原型为:int fileno(FILE *stream);
    调用fdopen函数,可以在一个已经打开的文件描述符上创建一个新的文件流
    原型为:FILE* fdopen(int fildes,const char* mode);

    Linux下编程时,一般使用系统调用,而不使用I/O库。
    有些操作必须使用系统调用,如创建文件读写锁等。

    7.系统调用性能优化
    我们使用time命令测试系统调用和I/O库两种方法的运行时间,
    结果如下所示:

    可以看出,系统调用的效率要明显低于I/O库,这是为什么呢?
    因为系统调用时,Linux必须从运行用户代码切换到内核代码,然后再返回用户代码。
    而I/O库函数会自动在数据满足数据块长度时,才调用底层系统函数。

    系统调用代码优化如下,每次一次性读取和写入N个字节,减少系统调用次数。

    copyopt.c

    #include<fcntl.h>
    #include<stdlib.h>
    int main()
    {
        char buffer[1024];
        int in=-1,out=-1;
        int nread=0;
        in=open("myfile.txt",O_RDONLY);
        //以只写方式创建文件,若文件不存在则新建一个文件
        //文件所有者具有读和写权限
        out=open("myfile2.txt",O_WRONLY|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR);
        while(nread=read(in,buffer,sizeof(buffer))>0)
            write(out,buffer,nread);
        close(in);
        close(out);
        return 0;
    }

    使用time测试输出如下:

    可以看出,性能得到了提高,甚至超过了使用I/O的性能。

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