Linux中一切都是文件。如普通文件,目錄,設備,管道等。
操作這些文件有兩種方式,調用系統函數和使用標准I/O庫。
一、調用系統函數
1.文件描述符:數值類型,表示打開的文件標識
程序運行時,會首先打開3個文件描述符,0(標准輸入文件),1(標准輸出文件),2(標准錯誤文件)
2.系統調用常用函數
1)open函數:打開文件
原型為:
int open(const char *path,int oflags) int open(const char *path,int oflags,mode_t mode)
path:完整的文件路徑
oflags:文件訪問模式(只讀,只寫,可讀寫)
mode:設定文件訪問權限
返回值:返回與文件關聯的文件描述符,失敗返回-1
注意這個描述符是唯一的,不與其他進程共享,文件對應的文件描述符並不是固定的。
2)write函數:寫入文件
原型為:
size_t write(int fildes,const void *buf,size_t nbytes);
將buf緩沖區的前nbyts個字節,寫入文件描述符files關聯的文件中。
返回值:實際寫入的字節數,失敗返回-1
3)read函數:讀取文件
原型為:
size_t read(int fildes,void *buf,szie_t nbytes);
讀取文件描述符fildes關聯的文件中前nbytes個字節,到buf緩沖區
返回值:實際讀取的字節數,失敗返回-1
4)close函數:關閉文件
原型為:
int close(int fildes);
返回值:成功返回0,失敗返回-1
3.調用系統函數示例
從一個文件中復制數據到另一個文件,代碼如下:
copy.c
#include<fcntl.h> #include<stdlib.h> int main() { char c='\0'; int in=-1,out=-1; in=open("myfile.txt",O_RDONLY); //以只寫方式創建文件,若文件不存在則新建一個文件 //文件所有者具有讀和寫權限 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; }
輸出結果:
4.標准I/O庫
在標准I/O中,使用的是文件流,對應著底層的文件描述符。
文件流是一個指向FILE結構的指針。
I/O庫的函數包含在頭文件stdio.h中。
1)fopen函數:打開文件
原型為:
FILE* fopen(const char *filename,const char *mode);
與底層open函數類似
返回值:成功返回非空指針,失敗返回NULL
2)fread函數:讀取文件
原型為:
size_t fread(void *ptr,size_t size,size_t nitems,FILE *stream);
與底層read函數類似
從stream讀取nitems個長度為size的數據到ptr指向的緩沖區
返回值:成功讀取的字節數,失敗返回-1
3)fwrite函數:寫入文件
原型為:
size_t fwrite(const void *ptr,size_t size,size_t nitems,FILE *stream);
與底層write函數類似
從ptr指向的緩存區讀取nitems個長度為size的數據,並把它們寫到stream對應的文件中。
返回值:成功寫入的字節數,失敗返回-1
4)fclose函數:關閉文件
原型為:
int fclose(FILE *stream);
返回值:成功返回0,失敗返回-1
5.標准I/O使用示例
與前例一樣,從一個文件中復制數據到另一個文件,只是使用I/O庫函數來實現,
代碼如下:
#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; }
輸出結果:
程序中的讀和寫數據可以用庫中的其他函數來代替,如fget,fputc等。
6.文件描述符和文件流
一般不要混合使用底層輸入輸出與高層文件流操作。
調用fileno函數,可以獲得文件流使用的底層文件描述符
原型為:int fileno(FILE *stream);
調用fdopen函數,可以在一個已經打開的文件描述符上創建一個新的文件流
原型為:FILE* fdopen(int fildes,const char* mode);
Linux下編程時,一般使用系統調用,而不使用I/O庫。
有些操作必須使用系統調用,如創建文件讀寫鎖等。
7.系統調用性能優化
我們使用time命令測試系統調用和I/O庫兩種方法的運行時間,
結果如下所示:
可以看出,系統調用的效率要明顯低於I/O庫,這是為什麼呢?
因為系統調用時,Linux必須從運行用戶代碼切換到內核代碼,然後再返回用戶代碼。
而I/O庫函數會自動在數據滿足數據塊長度時,才調用底層系統函數。
系統調用代碼優化如下,每次一次性讀取和寫入N個字節,減少系統調用次數。
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); //以只寫方式創建文件,若文件不存在則新建一個文件 //文件所有者具有讀和寫權限 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測試輸出如下:
可以看出,性能得到了提高,甚至超過了使用I/O的性能。