嵌入式linux文件I/O编程 (open、read、write、lseek、close)

Linux提供的虚拟文件系统为多种文件系统提供了统一的接口，Linux的文件编程有两种途径：基于Linux系统调用；基于C库函数。这两种编程所涉及到文件操作有新建、打开、读写和关闭，对随机文件还可以定位。

通常，一个进程打开时，都会打开3个文件：标准输入、标准输出和标准出错处理。这3个文件分别对应文件描述符为0、1和2（也就是宏替换STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO）。

一、Linux系统调用
不带缓存的文件I/O操作，这里指的不带缓存是指每一个函数只调用系统中的一个函数。主要用到5个函数：open、read、write、lseek和close。

1、open函数语法要点：

所需头文件：#include<sys/types.h>//提供类型pid_t的定义
         #include<sys/stat.h>
         #include<fcntl.h>
函数原型：int open(const char *pathname,flags,int perms)
函数传入值：
path：被打开文件名（可包括路径名）
flag：文件打开的方式，参数可以通过“|”组合构成，但前3个参数不能互相重合。
     O_REONLY：只读方式打开文件
   O_WRONLY：可写方式打开文件
     O_RDWR：读写方式打开文件
     O_CREAT：如果文件不存在时就创建一个新文件，并用第三个参数为其设置权限。
     O_EXCL：如果使用O_CREAT时文件存在，则可返回错误信息。这一参数可测试文件是否存在。
     O_NOCTTY：使用本参数时，如文件为终端，那么终端不可以作为调用open（）系统调用的那个进程的控制终端。
     O_TRUNC：如文件已经存在，并且以只读或只写成功打开，那么会先全部删除文件中原因数据。
     O+APPEND：以添加方式打开文件，在打开文件的同时，文件指针指向文件末尾。
     perms：被打开文件的存取权限，为8进制表示法。
函数返回值：成功：返回文件描述符失败：-1

2、Close 语法要点：

所需头文件：#include<uniste.h>
函数原型：int close（int fd）
函数输入值：fd：文件描述符
函数返回值：成功：0         出错：-1

3、Read函数语法要点
所需头文件：#include<unistd.h>
函数原型：ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count)
函数传入值
fd:文件描述符
Buf：指定存储器读出数据的缓冲区
Count：指定读出的字节数
函数返回值：成功：读出的字节数 0：已到达文件尾   -1：出错
在读普通文件时，若读到要求的字节数之前已达到文件的尾部，则返回字节数会小于希望读出的字节数。

4、Write函数语法要点
所需头文件：#include<unistd.h>
函数原型： ssize_t write(int fd,void *buf,size_tcount)
函数传入值：
fd:文件描述符
Buf：指定存储器写入数据的缓冲区
Count：指定读出的字节数
函数返回值：成功：已写的字节数     -1：出错

5、Lseek函数语法要点：
所需头文件：#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
函数原型：off_t lseek(int fd,off_t offset,int whence)
函数传入值：
fd:文件描述符
Offset：偏移量，每一读写操作所需要移动的距离，单位是字节的数量，可正可负（向前移，向后移）
Whence：当前位置的基点：
     SEEK_SET：当前位置为文件开头，新位置为偏移量的大小
     SEEK_CUR：当前位置为文件指针位置，新位置为当前位置加上偏移量
     SEEK_END：当前位置为文件的结尾，新位置为文件的大小加上偏移量大小

函数使用实例:
/**/
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void)
{
    char *buf="Hello! I'm writing to this file!";
    char buf_r[11];
    int fd,size,len;
    len = strlen(buf);
    buf_r[10] = '/0';
    /*首先调用open函数，并指定相应的权限*/
    if ((fd = open("hello.c", O_CREAT | O_TRUNC |O_RDWR,0666 ))<0) {
        perror("open:");
        exit(1);
    } else
        printf("open and create file:hello.c%d OK/n",fd);
    /*调用write函数，将buf中的内容写入到打开的文件中*/
    if ((size = write( fd, buf, len)) < 0){
        perror("write:");
        exit(1);
    } else
        printf("Write:%s OK/n",buf);
    /*调用lseek函数将文件指针移动到文件起始，并读出文件中的10个字节*/
    lseek(fd, 0, SEEK_SET );
    if ((size = read( fd, buf_r, 10))<0) {
        perror("read:");
        exit(1);
    } else
        printf("read form file:%sOK/n",buf_r);
    if ( close(fd) < 0 )    {
        perror("close:");
        exit(1);
    } else
        printf("Close hello.c OK/n");
    return 0;
}

二、C语言库函数

　　C库函数的文件操作实际上是独立于具体的操作系统平台的，不管是在DOS、Windows、Linux还是在VxWorks中都是这些函数：

　　创建和打开

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

　　fopen()实现打开指定文件filename，其中的mode为打开模式，C语言中支持的打开模式如下表：

标志	含义
r, rb	以只读方式打开
w, wb	以只写方式打开。如果文件不存在，则创建该文件，否则文件被截断
a, ab	以追加方式打开。如果文件不存在，则创建该文件
r+, r+b, rb+	以读写方式打开
w+, w+b, wh+	以读写方式打开。如果文件不存在时，创建新文件，否则文件被截断
a+, a+b, ab+	以读和追加方式打开。如果文件不存在，创建新文件

　　其中b用于区分二进制文件和文本文件，这一点在DOS、Windows系统中是有区分的，但Linux不区分二进制文件和文本文件。

　　读写

　　C库函数支持以字符、字符串等为单位，支持按照某中格式进行文件的读写，这一组函数为：

int fgetc(FILE *stream);
int fputc(int c, FILE *stream);
char *fgets(char *s, int n, FILE *stream);
int fputs(const char *s, FILE *stream);
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
int fscanf (FILE *stream, const char *format, ...);
size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *stream);
size_t fwrite (const void *ptr, size_t size, size_t n, FILE *stream);

　　fread()实现从流stream中读取加n个字段，每个字段为size字节，并将读取的字段放入ptr所指的字符数组中，返回实际已读取的字段数。在读取的字段数小于num时，可能是在函数调用时出现错误，也可能是读到文件的结尾。所以要通过调用feof()和ferror()来判断。

　　write()实现从缓冲区ptr所指的数组中把n个字段写到流stream中，每个字段长为size个字节，返回实际写入的字段数。

　　另外，C库函数还提供了读写过程中的定位能力，这些函数包括

int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *pos);
int fsetpos(FILE *stream, const fpos_t *pos);
int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
等。

　　关闭

　　利用C库函数关闭文件依然是很简单的操作：

int fclose (FILE *stream);

　　例程：将第2节中的例程用C库函数来实现。

#include <stdio.h>
#define LENGTH 100
main()
{
　FILE *fd;
　char str[LENGTH];

　fd = fopen("hello.txt", "w+"); /* 创建并打开文件 */
　if (fd)
　{
　　fputs("Hello, Everyone!", fd); /* 写入Hello, Everyone!"字符串 */
　　fclose(fd);
　}

　fd = fopen("hello.txt", "r");
　fgets(str, LENGTH, fd); /* 读取文件内容 */
　printf("%s/n", str);
　fclose(fd);
}

三、

f c n t l函数有五种功能：

n 复制一个现存的描述符, 新文件描述符作为函数值返(c m d＝F_DUPFD）。

n 获得/设置文件描述符标记,对应于filedes 的文件描述符标志作为函数值返回．（c m d = F_GETFD或F_SETFD）。

n 获得/设置文件状态标志，对应于filedes 的文件状态标志作为函数值返回。（c m d = F_GETFL或F_SETFL）。

n 获得/设置异步I / O有权（cm d = F_GETOWN或F_SETOWN）。

n 获得/设置记录锁（c m d = F_SETLK , F_SETLKW）。

#include<sys/types.h>

#include<unistd.h>

#include<fcnt1.h>

int fcnt1(int filedes,int cmd,... struct flock flockptr ) ;

struct flock 结构

ioctl 函数是I/ O操作的杂物箱。不能用本章中其他函数表示的I / O操作通常都能用i o c t l表示。终端I / O是ioctl 的最大使用方面，主要用于设备的I / O控制。

#include<unistd.h> /* SVR4 */

#include<sys/ioctl.h> /* 4.3+BSD * /

int ioctl(int filedes,int request, . . . ) ;

返回：若出错则为- 1，若成功则为其他值

I/O处理的五种模型

① 阻塞I/O模型：若所调用的I/O函数没有完成相关的功能就会使进程挂起，直到相关数据到达才会返回。如：终端、网络设备的访问。

② 非阻塞模型：当请求的I/O操作不能完成时，则不让进程休眠，而且返回一个错误。如：open、read、write访问。

③ I/O多路转接模型：如果请求的I/O 操作阻塞，且他不是真正阻塞I/O，而且让其中的一个函数等待，在这期间， I/O还能进行其他操作。如：select函数。

④ 信号驱动I/O模型：在这种模型下，通过安装一个信号处理程序，系统可以自动捕获特定信号的到来，从而启动I/O。

⑤ 异步I/O模型：在这种模型下，当一个描述符已准备好，可以启动I/O时，进程会通知内核。由内核进行后续处理，这种用法现在较少

#include<sys/types.h>/* fd_set data type */

#include<sys/time.h> /* struct timeval */

#include<unistd.h> /* function prototype might be here */

int select (int numfds,fd_set *readfds,

fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval * timeout);

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