Linux Day1 系统编程和文件操作

系统编程内容

文件I/O (输入/输出):

1）使用标准库函数如fopen, fclose, fread, fwrite, fgetc, fputc, fgets, fprintf, fscanf等进行文件操作。

2）使用open, close, read, write等系统调用来实现底层文件操作。

进程管理:

1）使用fork, exec系列函数来创建和执行新的进程。

2）使用wait, waitpid等函数来等待进程结束。

线程管理:

1）使用POSIX线程库（pthreads）中的函数如pthread_create, pthread_join, pthread_mutex_*等来管理线程。

内存管理:

1）使用malloc, calloc, realloc, free等函数进行动态内存分配。

2）使用mmap, munmap等系统调用进行内存映射。

信号处理:

1）使用signal, sigaction等函数来处理异步事件，如键盘中断（SIGINT）。

网络编程:

1）用套接字（sockets）API，包括socket, bind, listen, accept, connect, send, recv等函数进行网络通信。

系统调用:

1）直接使用系统调用，如stat, chmod, chown等，来执行文件属性修改等操作。

时间管理:

1）使用time, difftime, localtime, gmtime, strftime等函数来处理时间和日期。

系统信息获取:

1）使用uname, sysinfo等函数来获取系统相关信息。

错误处理:

1）理解并处理系统调用和库函数返回的错误，通常通过检查返回值和使用errno全局变量。

安全性:

1）了解并实现基本的安全编程实践，如使用setuid, setgid等函数时的注意事项。

设备I/O:

1）直接与硬件设备进行交互，使用设备文件进行读写操作。

脚本编程:

1）虽然不是C语言的一部分，但编写shell脚本与C程序结合使用也是Linux系统编程的一部分。

编译和链接:

1）使用编译器（如gcc）和链接器（如ld）来编译和链接程序。

调试和性能分析:

1）使用调试工具（如gdb）和性能分析工具（如valgrind）来调试和优化程序。

标准IO

标准I/O（Standard Input/Output）是C语言中用于输入和输出操作的一套函数库，由ANSI C标准定义。它是由Dennis Ritchie和其他C语言的先驱者设计的，目的是提供一个统一的接口来处理数据流。以下是一些关于标准I/O的关键点：

1. 流（Stream）的概念:

   标准I/O使用流的概念来处理输入和输出。流可以是文件、键盘、屏幕等。
   

2. 缓冲机制:

   标准I/O库通常使用缓冲区来提高I/O操作的效率。
   这意味着数据首先被写入内存中的缓冲区，
   然后在缓冲区满了或者调用了特定的函数（如fflush）时才被发送到目标设备。
   

3. 格式化输入输出:

   标准I/O提供了格式化输入输出的功能，允许程序员指定数据的格式，如宽度、精度等。
   

4. 主要函数:

   fopen: 打开一个文件，并返回一个指向FILE对象的指针。
   fclose: 关闭一个已经打开的文件流。
   fread: 从文件中读取数据到缓冲区。
   fwrite: 将数据从缓冲区写入文件。
   fgetc/getc: 从流中读取一个字符。
   fputc/putc: 向流中写入一个字符。
   fgets: 从流中读取一行数据。
   fputs: 向流中写入一个字符串。
   printf: 格式化输出到标准输出（通常是屏幕）。
   scanf: 从标准输入（通常是键盘）读取格式化数据。
   fprintf: 格式化输出到指定的文件流。
   fscanf: 从指定的文件流读取格式化数据。
   

5. 错误处理:

   标准I/O提供了错误检测机制，如ferror函数可以检查流是否有错误发生。
   

6. 标准流:

   有三个预定义的流：
   stdin: 标准输入（通常是键盘）。
   stdout: 标准输出（通常是屏幕）。
   stderr: 标准错误输出，用于输出错误信息（也通常是屏幕）。
   

7. 文件打开模式:

   标准I/O支持多种文件打开模式，例如：
   "r"：只读模式打开文件。
   "w"：只写模式打开文件，如果文件存在则覆盖。
   "a"：追加模式打开文件，如果文件存在则在文件末尾追加内容。
   "r+"：读写模式打开文件。
   

8. 定位和重定向:

   标准I/O允许使用fseek, ftell, rewind等函数对文件流进行定位。
   

9. 临时文件:

   可以使用tmpfile函数创建临时文件。
   

10. 内存流:

    可以使用fmemopen等函数在内存中创建流。
    

11. 宽字符支持:

    标准I/O还提供了对宽字符的支持，如wprintf和wscanf等函数。
    

标准I/O库是C语言中非常重要的一部分，它为程序员提供了一种简便的方式来处理各种输入和输出任务。

IO的分类

标准IO（Standard IO）：ANSI C设计的一组用文件IO封装的操作库函数，通过头文件stdio.h进行操作。
文件IO（File IO）：底层软件的系统调用，用于对文件进行读写操作。
ASCII码数据流：以ASCII码作为数据流的文本流。
二进制数据流：以二进制数据作为数据流的二进制流。
 

  

操作文件基本思路

文件操作三步骤:
1.打开    -- fopen  //FILE open
2.读写    -- getchar/putchar 
                 gets / puts 
                fread / fwrite 
3.关闭    -- fclose 
 

一、文件编程

1.fopen   

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

参数:

1).const char *pathname:文件名/路径，这是char型指针，须在”文件名/路径“上加上双引号；

2).const char *mode:文件的操作权限，这里也是字符型指针，须在“操作权限”上加双引号；

2.fclose

fclose()函数用来关闭当前文件流，其原型为：
     

  int fclose(FILE * stream);

参数】stream为文件流指针。
 
【返回值】若关文件动作成功则返回0，有错误发生时则返回EOF，并把错误代码存到errno。
 
fclose()用来关闭fopen()打开的文件，此动作会让缓冲区内的数据写入文件中，并释放系统所提供的文件资源。
 
注意：使用fopen()打开的文件，一定要记得使用fclose()关闭，否则会出现很多意想不到的情况，例如对文件的更改没有被记录到磁盘上，其他进程无法存取该文件等。

举例：打开和关闭文件

#include <stdio.h> 
int main(void) 
{ 
   FILE *pf;   
   pf = fopen("file.in", "w+");     /*打开文件*/
   if(pf != NULL)
   {
    printf("open file ok\n");
   }
   else
   {
    printf("open file error\n");
   }
   fclose(pf); 
  
   return 0; 
}

流指针：

3.FILE * fp 
  

  FILE * fp；//流指针------关联一个文件   
      FILE * 实际上是指向了一块内存空间(缓存，fileno)

   

#include<stdio.h>
typedef struct{
	// 缓冲区“满”或“空”的程度
	short level;
	// 文件状态标志
	unsigned flags;
	// 文件描述符
	char fd;
	// 如无缓冲区则不读取字符
	unsigned char hold;
	// 缓冲区的大小
	short bsize;
	// 数据缓冲区的读写位置
	unsigned char *baffer;
	// 指针指向当前文件的读写位置
	unsigned char *curp;
	// 临时文件，指示器
	unsigned istemp;
	// 用于有效性检查
	short token;
}FILE;
FILE*fp;

FILE其实是一个 结构体，用于表示一个打开的文件流。p 是一个指针，指向这个结构体的实例。FILE * 类型使得你可以通过 p 访问和操作与文件相关的各种数据和函数

4.fputc

int fputc(int c, FILE *stream);

功能:
    向流中写入一个字符
参数:
    c:要写入的字符
    stream:文件流指针
返回值:
    成功返回写入的字符ASCII码值
    失败返回EOF

5.fgetc

int fgetc(FILE *stream);

功能:
    从流中读取一个字符
参数:
    stream:文件流指针
返回值:
    成功返回读到字符的ASCII码值
    读到文件末尾返回EOF（返回值与fputc一致）
    失败返回EOF 
    c= fgetc(stdin);
    fputc(c,stdout);
    获取键盘上面的输入，显示到屏幕。
 

6.fgets：

char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);

功能：
      从stream流对象关联的文件中获取size大小字节的文本数据
      并存储到s对应的本地内存(栈区数组，堆区内存)
      
参数： s 要存储数据的本地内存
       size 要获取的数据长度，单位字节。
       stream 要获取的目标文件流对象，
        可以是stdin ，程序会阻塞等待
        如果是普通文件fp 则指向文件第一行数据
返回值：成功 返回指向有效数据的首地址，一般等于s的地址
        失败 或者 文件末尾 NULL；

fgets读取结束的条件：
1.EOF 文件结束 
2.\n  读到 "换行符" 则读取结束 
  注意:
    会被保存到 buffer(保存数据的这块内存中)
3.size-1 个字符 
  最后一个字符为'\0'    //按字符串读写，

7.fputs：

int fputs(const char *s, FILE *stream);

功能：
       从s所在的本地内存中获取一行数据，
       并写入stream对应的文件流对象。
参数： s 要写的信息，一般是固定的字符串或者有数据的数组。
       stream 要写入的目标文件流对象

返回值：成功 nonnegative number on success(成功写入的字符个数（非负数）)
        失败 -1；

8.fread：

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

功能：从指定的stream流对象中获取nmemeb个大小为size字节的数据块到ptr
      所在的本地内存中。
参数：ptr 要存储数据的本地内存一般是数组或者结构体指针
      size 单个数据块的元数据大小。最小单元的大小（为保证数据不会被截断，一般为1）
      nmemb 要获取的数据块的个数，拷贝的数据块个数。（一般为sizeof（ptr））
      stream 要获取数据的源文件流对象，如果是stdin表示从
      键盘获取数据，如果是fp文件则表示从普通文件获取。
返回值：
        成功 小于等于nemeb的整数，表示获取的数据长度
        失败 小于0，结尾 0；

9.fwrite：

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

功能：从ptr所在本地内存中取出nmemb个大小为size的数据块写入到stream流对应
     的文件流对象中。
参数：ptr 要写的数据块地址，一般是数组或者结构体指针
          size  要写的数据块元数据大小，单位是字节（为保证数据不会被截断，一般为1）
         nmemb 要写的数据块的个数（一般为sizeof（ptr））->1个1个读，到sizeof（ptr）为止
        stream 要写的目标文件流对象。如果是stdout则表示数据会
        写到终端屏幕显示，如果是fp的普通文件则会写入到文件中。

返回值：成功 小于等于nmemb 的个数。
        失败 <0