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

 #include<stdio.h>
 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\0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\0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\0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