文件IO编程二：系统IO应用实例_什么是文件偏移量

一、文件偏移量

1、什么是文件偏移量？

        文件偏移量就是文件当前的定位，默认打开文件的时候，文件的定位(文件的光标位置)都是在开头的。

2、怎样才能使得文件偏移量发生变化？（lseek）

        （1）使用读写（read/write）函数可以使得文件的偏移量发生变化。

                fd = open("1.txt")

                read(fd,buf,5); //5  文件偏移量 5

                write(fd,"hello",5); 在当前文件偏移量的位置(5开始)上开始写入 

        （2）如何使得不调用 读写（read/write）函数  就能实现 文件的偏移？

                lseek --- man 2 lseek

头文件

    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
  

函数原型
     off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

作用：
    重新设置 文件的偏移量
参数：
    fd ---》你要设置哪个文件 
    offset --》基于基准点偏移多少个字节
                    [+] 往后偏移  [-]往前偏移
    whence---》基准点
                SEEK_SET
                    将文件的光标位置设置到开头

                SEEK_CUR
                    将文件的光标位置设置到当前位置

                SEEK_END
                    将文件的光标位置设置到文件的尾部
    
比如：
    将文件光标设置到开头
        lseek(fd ,0, SEEK_SET);
    将文件光标设置到尾部
        lseek(fd ,0, SEEK_END);
    
返回值：

    成功 返回 距离文件开头的偏移量
    失败 返回 -1

比如：通过lseek获取文件的大小
        int fileSize = lseek(fd ,0, SEEK_END);

3、相关练习

（1）练习1：自己修改lseek.c  调用write 之后，偏移到开头 ，再读。

//lseek.c
#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
 
int main()
{
	int fd = open("./a.txt",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC,0777);
	if(fd == -1)
	{
		printf("open a.txt error\n");
		return -1;
	}
	//写入数据
	char wbuf[] = "hello world";
	write(fd,wbuf,strlen(wbuf));
	
	//重置文件光标的位置到开头
	lseek(fd,0,SEEK_SET);
	
	char rbuf[1024]={0};
	int rret = read(fd,rbuf,1024);
	
	printf("rret:%d  rbuf:%s\n",rret,rbuf);
	
	close(fd);
	
	return 0;
}

运行结果如下所示：

 （2）练习2： 自己封装一个接口，实现 获取文件的大小

int getFileSize(int fd)
{
	int fileSize =0;
	
	//1、先保存此时文件的光标位置
	int pos = lseek(fd,0,SEEK_CUR);//current
	
	//2、将文件设置到末尾 ,该lseek函数返回值就是文件的大小
	fileSize = lseek(fd,0,SEEK_END);
	
	//3、恢复文件之前的光标位置(还原)
	lseek(fd,pos,SEEK_SET);
	
	return fileSize;
}

二、linux系统IO应用实例。 ----LCD液晶屏

1、在Linux中，一切皆文件

        LCD液晶屏也是一个文件，既然是一个文件，那么lcd液晶对应的文件叫什么？？？

        液晶屏文件----》/dev/fb0

2、现在我们已经知道了液晶屏文件的名字，接着需要去了解开发板的液晶屏组成或者参数。

（1）屏幕尺寸：7寸
（2）分辨率 ---》像素点：800*480

3、练习

        在开发板显示满屏的绿色：

//color.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
 
//练习3：在开发板显示满屏的绿色
 
#define RED		0x00ff0000//红色
#define GREEN	0x0000ff00//绿色
 
int  main()
{
	//红色
	int colorbuf[800*480];
	int i;
	
	//1、打开液晶屏文件/dev/fb0，
	int lcdfd = open("/dev/fb0",O_RDWR);
	if(lcdfd == -1)
	{
		printf("open lcd error\n");
		return -1;
	}
	//2、先准备800*480这么大的颜色
	for(i=0; i<800*480; i++)
	{
		colorbuf[i] = GREEN;
	}
	//3、一次性 将颜色 写入 液晶屏文件中
	write(lcdfd,colorbuf,800*480*4);
	
	//3、关闭文件
	close(lcdfd);
	
}

三、访问文件的另外一种方式。---- 内存映射

1、内存映射方式 与 普通文件IO 有什么区别？

        （1）普通IO：打开液晶屏，得到一个文件描述符---》将颜色数据写入到液晶屏---》关闭

        （2）内存映射：打开液晶屏，得到一个文件描述符---》根据文件描述符f去内存空间中映射一片空间，得到地址lcd_p --->直接对这块内存进行读写---》对应的文件就会发生相应的变化---》撤销映射---》关闭文件。

2、内存映射的主要作用对象：液晶屏

详细步骤：

（1）打开液晶屏文件，得到一个文件描述符lcdfd

（2）根据得到的文件描述符调用内存映射的函数 实现 将液晶屏文件映射到内存空间的某一块地址
    得到 起始地址 
（3）操作 这一块映射之后的内存空间，就相当于 操作对应的液晶屏文件。

（4）解除映射

（5）关闭

3、内存映射 的函数（mmap）

头文件：
 #include <sys/mman.h>

函数原型：
       void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
                    
作用： 实现内存映射

参数： 
        addr： 你要映射的起始地址，如果设置为NULL，系统自动给你分配一个起始地址
        length：你要映射的内存空间的大小， 比如液晶屏 ：800*480*4
        prot：映射的权限 
            PROT_READ  可读
            PROT_WRITE 可写
        flags：
            MAP_SHARED 1、进程共享  2、对应的文件会同步发生变化     

            MAP_PRIVATE 私有的，对应的文件不会同步发生变化 
        fd：
            你要映射哪个文件，将这个文件的文件描述符传递进来
        offset：偏移量 ，默认为0
        
返回值： 
    成功返回 映射内存空间的起始地址
    失败返回 MAP_FAILED (that is, (void *) -1)

4、解除内存映射（munmap）

int munmap(void *addr, size_t length);

参数： 
    addr：你要解除内存映射的起始地址
    length：你要解除内存映射的大小

5、相关代码例子

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
 
#include <sys/mman.h>
 
/**********************************************************************************
内存映射 的函数
头文件：
 #include <sys/mman.h>
函数原型：
       void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset);
				  
       
作用： 实现内存映射
参数： 
		addr： 你要映射的起始地址，如果设置为NULL，系统自动给你分配一个起始地址
		length：你要映射的内存空间的大小， 比如液晶屏 ：800*480*4
		prot：映射的权限 
			PROT_READ  可读
			PROT_WRITE 可写
		flags：
			MAP_SHARED 1、进程共享  2、对应的文件会同步发生变化 	
			MAP_PRIVATE 私有的，对应的文件不会同步发生变化 
		fd：
			你要映射哪个文件，将这个文件的文件描述符传递进来
		offset：偏移量 ，默认为0
		
返回值： 
	成功返回 映射内存空间的起始地址
	失败返回 MAP_FAILED (that is, (void *) -1)
4、解除内存映射
	int munmap(void *addr, size_t length);
参数： 
	addr：你要解除内存映射的起始地址
	length：你要解除内存映射的大小
***********************************************************************************/
 
//练习3：在开发板显示满屏的绿色
 
#define RED		0x00ff0000//红色
#define GREEN	0x0000ff00//绿色
 
int  main()
{
	//红色
	int colorbuf[800*480];
	int i;
	
	//1、打开液晶屏文件/dev/fb0，
	int lcdfd = open("/dev/fb0",O_RDWR);
	if(lcdfd == -1)
	{
		printf("open lcd error\n");
		return -1;
	}
	//将液晶屏文件 通过内存映射mmap的方式 映射到虚拟内存空间的某一块空间上，得到这一块内存的起始地址，后续我们操作这片内存空间，就相当于直接操作液晶屏文件
	int *lcd_p = mmap(NULL, //你要映射的内存空间的起始地址，为NULL系统自动给你分配
		 800*480*4,//你要映射的内存空间的大小
		 PROT_READ|PROT_WRITE,//映射的权限 
		 MAP_SHARED,//1、进程共享  2、对应的文件会同步发生变化 	
		 lcdfd,//映射液晶屏文件
		 0//偏移量 ，默认为0
		);
	//int lcd_p[800*480];	---液晶屏数组
		
		
	if(lcd_p == MAP_FAILED)
	{
		printf("mmap lcd error\n");
		return -1;
	}
	//相当于直接操作液晶屏文件lcd_p
	for(i=0; i<800*480; i++)
	{
		lcd_p[i] = RED;
	}
	
	
	//解除映射
	munmap(lcd_p, 800*480*4);
	
	//3、关闭文件
	close(lcdfd);
	
}

四、相关练习

1、刷一张德国国旗

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
 
#include <sys/mman.h>
 
//1、刷一张德国国旗
 
#define BLACK	0x00000000//黑色
#define RED		0x00ff0000//红色
#define GREEN	0x0000ff00//绿色
#define YELLOW	0x00ffff00//黄色
 
 
int  main()
{
	//红色
	int colorbuf[800*480];
	int i;
	
	//1、打开液晶屏文件/dev/fb0，
	int lcdfd = open("/dev/fb0",O_RDWR);
	if(lcdfd == -1)
	{
		printf("open lcd error\n");
		return -1;
	}
	//将液晶屏文件 通过内存映射mmap的方式 映射到虚拟内存空间的某一块空间上，得到这一块内存的起始地址，后续我们操作这片内存空间，就相当于直接操作液晶屏文件
	int *lcd_p = mmap(NULL, //你要映射的内存空间的起始地址，为NULL系统自动给你分配
		 800*480*4,//你要映射的内存空间的大小
		 PROT_READ|PROT_WRITE,//映射的权限 
		 MAP_SHARED,//1、进程共享  2、对应的文件会同步发生变化 	
		 lcdfd,//映射液晶屏文件
		 0//偏移量 ，默认为0
		);
	if(lcd_p == MAP_FAILED)
	{
		printf("mmap lcd error\n");
		return -1;
	}
	//相当于直接操作液晶屏文件lcd_p
	for(i=0; i<800*480; i++)
	{
		if(i<800*480/3)//前面三分之一是黑色
			lcd_p[i] = BLACK;
		else if(i>=800*480/3 && i<800*480/3*2)//中间三分之一是红色
			lcd_p[i] = RED;
		else 
			lcd_p[i] = YELLOW;
	}
	
 
	//解除映射
	munmap(lcd_p, 800*480*4);
	
	//3、关闭文件
	close(lcdfd);
	
	return 0;
}

2、将德国国旗倒过来

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
 
#include <sys/mman.h>
 
//2、将德国国旗倒过来
 
#define BLACK	0x00000000//黑色
#define RED		0x00ff0000//红色
#define GREEN	0x0000ff00//绿色
#define YELLOW	0x00ffff00//黄色
 
 
int  main()
{
	int i,j;
	
	//1、打开液晶屏文件/dev/fb0，
	int lcdfd = open("/dev/fb0",O_RDWR);
	if(lcdfd == -1)
	{
		printf("open lcd error\n");
		return -1;
	}
	//将液晶屏文件 通过内存映射mmap的方式 映射到虚拟内存空间的某一块空间上，得到这一块内存的起始地址，后续我们操作这片内存空间，就相当于直接操作液晶屏文件
	int *lcd_p = mmap(NULL, //你要映射的内存空间的起始地址，为NULL系统自动给你分配
		 800*480*4,//你要映射的内存空间的大小
		 PROT_READ|PROT_WRITE,//映射的权限 
		 MAP_SHARED,//1、进程共享  2、对应的文件会同步发生变化 	
		 lcdfd,//映射液晶屏文件
		 0//偏移量 ，默认为0
		);
	if(lcd_p == MAP_FAILED)
	{
		printf("mmap lcd error\n");
		return -1;
	}
	//相当于直接操作液晶屏文件lcd_p
	for(j=0; j<480; j++)
	{
		for(i=0; i<800;i++)
		{
			if(i<800/3)
				lcd_p[j*800+i] = BLACK;
			else if(i>=800/3 && i<800/3*2)
				lcd_p[j*800+i] = RED;
			else 
				lcd_p[j*800+i] = YELLOW;
		}
	}
	
	//解除映射
	munmap(lcd_p, 800*480*4);
	
	//3、关闭文件
	close(lcdfd);
	
	return 0;
}

3、将德国国旗动起来

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
 
#include <sys/mman.h>
 
//3、将德国国旗动起来
 
#define BLACK	0x00000000//黑色
#define RED		0x00ff0000//红色
#define GREEN	0x0000ff00//绿色
#define YELLOW	0x00ffff00//黄色
 
 
int  main()
{
	int i,j;
	
	//1、打开液晶屏文件/dev/fb0，
	int lcdfd = open("/dev/fb0",O_RDWR);
	if(lcdfd == -1)
	{
		printf("open lcd error\n");
		return -1;
	}
	//将液晶屏文件 通过内存映射mmap的方式 映射到虚拟内存空间的某一块空间上，得到这一块内存的起始地址，后续我们操作这片内存空间，就相当于直接操作液晶屏文件
	int *lcd_p = mmap(NULL, //你要映射的内存空间的起始地址，为NULL系统自动给你分配
		 800*480*4,//你要映射的内存空间的大小
		 PROT_READ|PROT_WRITE,//映射的权限 
		 MAP_SHARED,//1、进程共享  2、对应的文件会同步发生变化 	
		 lcdfd,//映射液晶屏文件
		 0//偏移量 ，默认为0
		);
	if(lcd_p == MAP_FAILED)
	{
		printf("mmap lcd error\n");
		return -1;
	}
	int color[3] = {BLACK,RED,YELLOW};
	int flag = 0;
	//相当于直接操作液晶屏文件lcd_p
	while(1)
	{
		for(i=0; i<800*480; i++)
		{
			if(i<800*480/3)//前面三分之一是黑色
				lcd_p[i] = color[0];
			else if(i>=800*480/3 && i<800*480/3*2)//中间三分之一是红色
				lcd_p[i] = color[1];
			else 
				lcd_p[i] = color[2];
		}
		
		sleep(1);
		
		for(i=0; i<800*480; i++)
		{
			if(i<800*480/3)//前面三分之一是黑色
				lcd_p[i] = color[2] ;
			else if(i>=800*480/3 && i<800*480/3*2)//中间三分之一是红色
				lcd_p[i] = color[0];
			else 
				lcd_p[i] = color[1] ;
		}
		sleep(1);
		
		for(i=0; i<800*480; i++)
		{
			if(i<800*480/3)//前面三分之一是黑色
				lcd_p[i] = color[1];
			else if(i>=800*480/3 && i<800*480/3*2)//中间三分之一是红色
				lcd_p[i] = color[2]  ;
			else 
				lcd_p[i] =color[0]  ;
		}
		sleep(1);
	}
	
	
	//解除映射
	munmap(lcd_p, 800*480*4);
	
	//3、关闭文件
	close(lcdfd);
	
	return 0;
}

4、制作 色盲检测系统（每隔一秒钟，显示一种颜色）

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
 
#include <sys/mman.h>
 
/*
4、制作 色盲检测系统
		每隔一秒钟，显示一种颜色
*/
#define COLORCOUNT	4
 
#define BLACK	0x00000000//黑色
#define RED		0x00ff0000//红色
#define GREEN	0x0000ff00//绿色
#define YELLOW	0x00ffff00//黄色
 
int  main()
{
	//红色
	int colorbuf[800*480];
	int i;
	
	//1、打开液晶屏文件/dev/fb0，
	int lcdfd = open("/dev/fb0",O_RDWR);
	if(lcdfd == -1)
	{
		printf("open lcd error\n");
		return -1;
	}
	//将液晶屏文件 通过内存映射mmap的方式 映射到虚拟内存空间的某一块空间上，得到这一块内存的起始地址，后续我们操作这片内存空间，就相当于直接操作液晶屏文件
	int *lcd_p = mmap(NULL, //你要映射的内存空间的起始地址，为NULL系统自动给你分配
		 800*480*4,//你要映射的内存空间的大小
		 PROT_READ|PROT_WRITE,//映射的权限 
		 MAP_SHARED,//1、进程共享  2、对应的文件会同步发生变化 	
		 lcdfd,//映射液晶屏文件
		 0//偏移量 ，默认为0
		);
	//int lcd_p[800*480];	---液晶屏数组
		
		
	if(lcd_p == MAP_FAILED)
	{
		printf("mmap lcd error\n");
		return -1;
	}
	
	int color[COLORCOUNT] = {BLACK,RED,GREEN,YELLOW};
	int flag=0;
	
	while(1)
	{
		//相当于直接操作液晶屏文件lcd_p
		for(i=0; i<800*480; i++)
		{
			lcd_p[i] = color[flag];//
		}
		sleep(1);
		flag++;
		//printf("flag:%d\n",flag);
		//当flag 超出 数组的下标时，让其等于0 ，也就是从数组的开头 开始
		if(flag == COLORCOUNT){
			//printf("flag == COLORCOUNT\n");
			flag = 0;
		}
	} 
	
	
	
	//解除映射
	munmap(lcd_p, 800*480*4);
	
	//3、关闭文件
	close(lcdfd);
	
}