库函数底层必须调用系统调用接口，因为无论什么进程想访问文件，都必须按照操作系统提供的方式来进行访问，所以就算文件操作相关函数千变万化，但是底层是不变的，这些函数最后都会调用系统调用接口，按照操作系统的意愿来合理的访问磁盘上的文件。
我们不能用语言绕过操作系统去操纵硬件，所以必须通过系统调用通过操作系统来进行文件操作！不管什么编程语言，只是不同语言对系统调用进行了各自不同的封装，所以对这些文件操作接口的理解，其实就要落实到对系统调用接口的理解！ 也就是说所有的只要要访问硬件或者操作系统内部的资源，都要通过系统调用！避不开的！
C语言文件操作接口主要包括以下几类：
文件的打开方式：
r：以只读的方式打开文件，若文件不存在就会出错。
w：以只写的方式打开文件，文件若存在则清空文件内容重新开始写入，若不存在则创建一个文件。
a：以只写的方式打开文件，文件若存在则从文件尾部以追加的方式进行写入，若不存在则创建一个文件。
r+：以可读写的方式打开文件，若文件不存在就会出错。
w+：以可读写的方式打开文件，其他与w一样。
a+：以可读写的方式打开文件，其他与a一样。
需要注意的是，当向文件中写入数据后，想要重新读取到数据，要么需要关闭文件重新打开，要么就要跳转读写位置到文件起始位置，然后再开始读取文件数据。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
FILE *fp = fopen("./bite", "wb+");
if (fp == NULL) {
perror("fopen error");
return -1;
}
fseek(fp, 0, SEEK_SET);
char *data = "linux so easy!\n";
//size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
size_t ret = fwrite(data, 1, strlen(data), fp);
if (ret != strlen(data)) {
perror("fwrite error");
return -1;
}
fseek(fp, 0, SEEK_SET);//跳转读写位置到，从文件起始位置开始偏移0个字节
char buf[1024] = {0};
//size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
ret = fread(buf, 1, 1023, fp);//因为设置读取块大小位1，块个数为1023因此fread返回值为实际读取到的数据长度
if (ret == 0) {
if (ferror(fp)) //判断上一次IO操作是否正确
printf("fread error\n");
if (feof(fp)) //判断是否读取到了文件末尾
printf("read end of file!\n");
return -1;
}
printf("%s", buf);
fclose(fp);
return 0;
}
当然这些也都是C库提供的函数，是对系统调用的上层封装，在系统级别文件操作我们是通过系统调用实现的：
文件操作系统调用接口是指Linux内核提供的一组用于对文件进行打开、读写、关闭等操作的函数。它们包括以下几个常用的函数：
这些函数都需要传入一个文件描述符作为参数，它是一个非负整数，用于标识不同的打开文件。每个进程都有自己独立的一组文件描述符，并且默认有三个预定义的描述符：0代表标准输入，1代表标准输出，2代表标准错误输出。
这些函数都有可能失败，并返回-1，并设置errno变量为相应的错误码。因此，在调用这些函数后，需要检查返回值和错误码来判断是否成功。
我们主要介绍前三个:
其实是通过位操作实现的：
#include <stdio.h>
#define ONE 0x1
#define TWO 0x2
#define THREE 0x4
#define FOUR 0x8
#define FIVE 0x10
// 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
void Print(int flags)
{
if(flags & ONE) printf("hello 1\n"); //充当不同的行为
if(flags & TWO) printf("hello 2\n");
if(flags & THREE) printf("hello 3\n");
if(flags & FOUR) printf("hello 4\n");
if(flags & FIVE) printf("hello 5\n");
}
int main()
{
printf("--------------------------\n");
Print(ONE);
printf("--------------------------\n");
Print(TWO);
printf("--------------------------\n");
Print(FOUR);
printf("--------------------------\n");
Print(ONE|TWO);
printf("--------------------------\n");
Print(ONE|TWO|THREE);
printf("--------------------------\n");
Print(ONE|TWO|THREE|FOUR|FIVE);
printf("--------------------------\n");
return 0;
}
open有两种调用方式:
一种是只传入文件名和访问模式，另一种是还传入创建权限（如果需要创建新文件）。访问模式有必需部分和可选部分，必需部分是 O_RDONLY（只读）、O_WRONLY（只写）或 O_RDWR（读写），可选部分有 O_APPEND（追加）、O_TRUNC（截断）、O_CREAT（创建）、O_EXCL（排他）等。创建权限是由几个标志按位或得到的，如 S_IRUSR（用户读）、S_IWUSR（用户写）、S_IXUSR（用户执行）等。
字符串/0 问题： 系统调用不需要这个！
使用 open 函数打开一个文件，如果不存在则创建一个新文件，并设置访问模式为读写和追加，创建权限为用户读写和组读写：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
int main() {
// 打开或创建一个文件
int fd = open("test.txt", O_RDWR | O_APPEND | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP);
if (fd == -1) {
// 打开失败，打印错误信息
perror("open error");
exit(1);
}
// 打开成功，打印文件描述符
printf("open success, fd = %d\n", fd);
// 关闭文件
close(fd);
return 0;
}
创建目录的命令mkdir，目录起始权限默认是0777，创建文件的命令touch，文件起始权限是0666，这些命令的实现实际上是要调用系统接口open的，并且在创建文件或目录的时候要在open的第三个参数中设置文件的起始权限。
25 int main()
26 {
27 umask(0);//将进程的umask值设置为0000
28
29 // C语言中的w选项实际上底层需要调用这么多的选项O_WRONLY O_CREAT O_TRUNC 0666
30 // C语言中的a选项需要将O_TRUNC替换为O_APPEND
31 int fd = open(FILE_NAME,O_WRONLY | O_CREAT,0666);//设置文件起始权限为0666
32 if(fd < 0)
33 {
34 perror("open");
35 return 1;//退出码设置为1
36 }
37 close(fd);
38 }
### write：向一个已打开的文件中写入数据，返回实际写入的字节数
**write：向一个已打开的文件中写入数据，返回实际写入的字节数。需要传入文件描述符、数据缓冲区和数据长度。如果返回值小于请求的字节数，可能是因为错误或者设备驱动程序对数据块长度敏感。如果返回值为 0，表示没有写入任何数据；如果返回值为 -1，则表示出现错误。**
使用 write 函数向一个已打开的文件中写入一段字符串，并检查返回值是否正确：
```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
// 要写入的字符串和长度
char *str = "Hello world!\n";
int len = 13;
// 向标准输出（文件描述符为1）写入字符串
int ret = write(1, str, len);
if (ret == -1) {
// 写入失败，打印错误信息
perror("write error");
exit(1);
}
if (ret != len) {
// 写入字节数不正确，打印警告信息
fprintf(stderr, "write warning: expected %d bytes, but got %d bytes\n", len, ret);
}
// 写入成功，打印返回值
printf("write success, ret = %d\n", ret);
}
read：从一个已打开的文件中读取数据，返回实际读取的字节数。需要传入文件描述符、数据缓冲区和数据长度。如果返回值小于请求的字节数，可能是因为错误或者已到达文件尾。如果返回值为 0，表示没有读取任何数据；如果返回值为 -1，则表示出现错误。
使用 read 函数从一个已打开的文件中读取一定长度的数据，并存储到一个缓冲区中，并检查返回值是否正确：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
// 要读取的字节数和缓冲区大小
int len = 100;
char buf[100];
// 从标准输入（文件描述符为0）读取数据到缓冲区中
int ret = read(0, buf, len);
if (ret == -1) {
// 读取失败，打印错误信息
perror("read error");
exit(1);
}
if (ret == 0) {
// 读取到文件尾，没有数据可读，打印提示信息
printf("read end of file\n");
}
// 读取成功，打印返回值和缓冲区内容（注意添加结束符）
printf("read success, ret = %d\n", ret);
buf[ret] = '\0';
printf("buf: %s\n", buf);
}
使用这些接口时，有一些事项需要注意：
- 在调用 open 函数时，要根据文件的用途和状态选择合适的访问模式和创建权限。如果使用了 O_CREAT 标志，要指定创建权限，否则可能导致文件权限不正确。如果使用了 O_EXCL 标志，要检查返回值是否为 -1，否则可能导致覆盖已有文件。如果打开的是设备文件或符号链接，要注意一些特殊的访问模式，如 O_NONBLOCK、O_NOCTTY、O_NOFOLLOW 等。
- 在调用 write 函数时，要保证数据缓冲区的有效性和长度正确性。如果写入的是文本文件，要注意添加换行符或结束符。如果写入的是二进制文件，要注意字节序和对齐问题。如果写入的是设备文件或网络套接字，要注意数据块长度和超时问题。
- 在调用 read 函数时，要保证数据缓冲区的有效性和大小足够。如果读取的是文本文件，要注意处理换行符或结束符。如果读取的是二进制文件，要注意字节序和对齐问题。如果读取的是设备文件或网络套接字，要注意数据块长度和超时问题。
- 在调用这些接口后，都要检查返回值是否为 -1，并根据 errno 变量来判断错误原因，并进行相应的处理或提示。有些错误可能是暂时性的或可恢复的，如 EINTR、EAGAIN、EWOULDBLOCK 等；有些错误可能是严重性的或不可恢复的，如 EACCES、EBADF、EFAULT、EINVAL 等。
综合使用：
fopen, fread, fwrite, fseek, fclose等函数的使用
需要注意的是，当向文件中写入数据后，想要重新读取到数据，要么需要关闭文件重新打开，要么就要跳转读写位置到文件起始位置，然后再开始读取文件数据。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
FILE *fp = fopen("./bite", "wb+");
if (fp == NULL) {
perror("fopen error");
return -1;
}
fseek(fp, 0, SEEK_SET);
char *data = "linux so easy!\n";
//size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
size_t ret = fwrite(data, 1, strlen(data), fp);
if (ret != strlen(data)) {
perror("fwrite error");
return -1;
}
fseek(fp, 0, SEEK_SET);//跳转读写位置到，从文件起始位置开始偏移0个字节
char buf[1024] = {0};
//size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
ret = fread(buf, 1, 1023, fp);//因为设置读取块大小位1，块个数为1023因此fread返回值为实际读取到的数据长度
if (ret == 0) {
if (ferror(fp)) //判断上一次IO操作是否正确
printf("fread error\n");
if (feof(fp)) //判断是否读取到了文件末尾
printf("read end of file!\n");
return -1;
}
printf("%s", buf);
fclose(fp);
return 0;
}
综合使用：
open， read, write, lseek， close等函数的使用
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>//是close， write这些接口的头文件
#include <string.h>
#include <fcntl.h>//是 O_CREAT 这些宏的头文件
#include <sys/stat.h>//umask接口头文件
int main()
{
//将当前进程的默认文件创建权限掩码设置为0--- 并不影响系统的掩码，仅在当前进程内生效
umask(0);
//int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
int fd = open("./bite", O_CREAT|O_RDWR, 0664);
if(fd < 0) {
perror("open error");
return -1;
}
char *data = "i like linux!\n";
//ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
ssize_t ret = write(fd, data, strlen(data));
if (ret < 0) {
perror("write error");
return -1;
}
//off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
lseek(fd, 0, SEEK_SET);
char buf[1024] = {0};
//ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ret = read(fd, buf, 1023);
if (ret < 0) {
perror("read error");
return -1;
}else if (ret == 0) {
printf("end of file!\n");
return -1;
}
printf("%s", buf);
close(fd);
return 0;
}
可以看到内核源代码的设计内容跟我们所说的基本一致
在进程中每打开一个文件，都会创建有相应的文件描述信息struct file，这个描述信息被添加在pcb的struct files_struct中，以数组的形式进行管理，随即向用户返回数组的下标作为文件描述符，用于操作文件
进程可以打开多个文件，对于大量的被打开文件，操作系统一定是要进行管理的，也就是先描述再组织，所以操作系统会为被打开的文件创建对应的内核数据结构，也就是文件控制块FCB，在linux源码中是struct file{}结构体，包含了文件的大部分属性
#include <assert.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define FILE_NAME(number) "log.txt"#number
int main()
{
int fd0 = open(FILE_NAME(1),O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);//设置文件起始权限为0666
int fd1 = open(FILE_NAME(2),O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);//设置文件起始权限为0666
int fd2 = open(FILE_NAME(3),O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);//设置文件起始权限为0666
int fd3 = open(FILE_NAME(4),O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);//设置文件起始权限为0666
int fd4 = open(FILE_NAME(5),O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);//设置文件起始权限为0666
printf("fd:%d\n",fd0);
printf("fd:%d\n",fd1);
printf("fd:%d\n",fd2);
printf("fd:%d\n",fd3);
printf("fd:%d\n",fd4);
close(fd0);
close(fd1);
close(fd2);
close(fd3);
close(fd4);
}
结果：
通过上述讲解，我们知道open系统调用会返回文件描述符，那它为什么是从3开始呢？？
其实main函数会默认打开这三个标准文件：
这三个标准文件是：
这三个标准文件在程序启动时就被自动打开，并且在程序结束时被自动关闭，无需手动操作。它们也可以被重定向到其他文件或设备，例如使用 > 或 < 符号。
所以为什么open文件操作后返回值 是3？ 因为 0 1 2 已经被占用了 ---- 本质是数组下标
内存中文件描述符，文件描述符表，文件控制块，进程控制块的关系如下图所示，文件描述符表，说白了就是一个存储指向文件控制块的指针的指针数组，而文件描述符就是这个指针数组的索引，进程控制块中会有一个指向文件描述符表的指针。通过文件描述符就可以找到对应的被打开的文件。
操作系统通过这些内核数据结构，将被打开的文件和进程联系起来。
C语言如何访问系统？ 就是通过文件描述符；同样的C++的cin、cout等类中也必须有文件描述符！没有文件描述符，怎么通过操作系统访问（系统调用）外设呢！ 每个编程语言都是如此！
通过上述的引出，我们可以知道文件描述符的实质是：
文件描述符表和file结构体之间的关系是：
当关闭0或2时，打印出来的log.txt对应的fd的值就是对应的关闭的0或2的值，而当关闭1时，显示器不会显示对应的fd的值。
1 #include <stdio.h>
2 #include <sys/types.h>
3 #include <sys/stat.h>
4 #include <fcntl.h>
5 #include <unistd.h>
6
7 int main()
8 {
9 //close(0);
10 //close(1);
11 //close(2);
12 umask(0000);
13 int fd = open("log.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);//没有指明文件路径，默认在当前路径下，也就是当前进程的工作目录
14 if(fd<0)
15 {
16 perror("open");
17 return 1;
18 }
19
20 printf("open fd:%d\n",fd);
21 close(fd);
22 return 0;
23 }
测试结果：
分析：
所以实际上文件描述符在分配时，会从文件描述符表中的指针数组中，从小到大按照顺序找最小的且没有被占用的fd来进行分配，自然而然关闭0时，0对应存储的地址就会由stdin改为新打开的文件的地址，所以打印新的文件的fd值时，就会出现0。
关闭2也是这个道理，fd为2对应的存储的地址会由stderr改为新打开的文件的地址，所以在打印fd时，也就会出现2了。
下面是一些示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
int main() {
// 打开或创建一个新文件
int fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if (fd == -1) {
// 打开失败，打印错误信息并退出
perror("open error");
exit(1);
}
// 打开成功，打印分配到的文档描述符
printf("open success, fd = %d\n", fd);
// 关闭文档
close(fd);
return 0;
}
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
int main() {
// 打开或创建一个新文档
int fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
if (fd == -1) {
// 打开失败，打印错误信息并退出
perror("open error");
exit(1);
}
// 打开成功，打印分配到的文档描述符
printf("open success, fd = %d\n", fd);
// 关闭文档
int ret = close(fd);
if (ret == -1) {
// 关闭失败，打印错误信息并退出
perror("close error");
exit(1);
}
// 关闭成功，打印关闭信息
printf("close success\n");
return 0;
}
我们vim一个abc文件，可以看到abc文件中的内容如下图所示：
然后我们使用 ls > abc 命令之后可以看到abc中的内容已经被清空重定向了
：追加重定向，直接在文件的尾部进行重定向
我们对abc文件进行追加重定向，可以看到，直接在文件的尾巴进行了重定向
简单说将 fd_array 数组当中的元素struct file* 指针的指向关系进行修改，改变成为其它的struct file结构体的地址—每个文件描述符都是一个内核中文件描述信息数组的下标，对应有一个文件的描述信息用于操作文件，而重定向就是在不改变所操作的文件描述符的情况下，通过改变描述符对应的文件描述信息进而实现改变所操作的文件
详细说文件操作重定向的原理是通过改变文件描述符对应的文件描述信息，从而实现改变所操作的文件。文件描述符是一个整数，表示进程和被打开文件的关系，通常有标准输入（0）、标准输出（1）和标准错误（2）三种。重定向可以分为输出重定向、追加重定向和输入重定向三种类型。输出重定向是将本应该打印到显示器的内容输出到了指定的文件中，例如 ls > list.txt；追加重定向是将本应该打印到显示器的内容追加式地输出到了指定的文件中，例如 ls >> list.txt；输入重定向是将本应该从键盘中读取的内容改为从指定的文件中读取，例如 cat < input.txt。在Linux系统中，可以使用dup2系统调用来实现重定向，它可以将一个文件描述符复制到另一个文件描述符，并关闭后者。
int dup2(int oldfd, int newfd); 其实这个函数挺绕的，要理解起来需要自己研究一下才行：
通过man手册我们可以对dup2函数进行一些了解:
int dup2(int oldfd, int newfd);
函数功能为将newfd描述符重定向到oldfd描述符，相当于重定向完毕后都是操作oldfd所操作的文件
但是在过程中如果newfd本身已经有对应打开的文件信息，则会先关闭文件后再重定向（否则会资源泄露）
怎么用？怎么传参数？— 拷贝的整数所表示的内容 — 注意最后只有oldfd保留就可以了！！ 就是oldfd把newfd覆盖了 — 一般传参例如：fd 1 （重定向输出）— 只保留了fd
所以dup2函数是一个用于复制文件描述符的系统调用，它的功能是将参数oldfd所指的文件描述符复制到参数newfd所指定的数值，如果newfd已经被打开，则先关闭它，如果newfd等于oldfd，则不做任何操作。dup2函数返回新的文件描述符，或者在出错时返回-1。
8 int main()
9 {
10 umask(0000);
11 int fd = open("log.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,0666);//输出重定向
E> 12 int fd = open("log.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND,0666);//追加重定向
13 if(fd<0)
14 {
15 perror("open");
16 return 1;
17 }
18
19 dup2(fd,1);
20
21 printf("open fd:%d\n",fd);// printf --> stdout
22 fprintf(stdout,"open fd:%d\n",fd);// fprintf --> stdout
23
24 const char* msg = "hello linux";
25 write(1,msg,strlen(msg));//向显示器上write
26
27 close(fd);
28 return 0;
29 }
8 int main()
9 {
10 umask(0000);
13 int fd = open("log.txt",O_RDONLY);//输入重定向
14 if(fd<0)
15 {
16 perror("open");
17 return 1;
18 }
19
20 dup2(fd,0);//由键盘读取改为从fd文件中读取
21 char line[64];
22 while(1)
23 {
24 printf("<");
25 if(fgets(line,sizeof(line),stdin)==NULL) break;
26 printf("%s",line);
27 }
28 }
示例：
void func() {
int fd = open("./tmp.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0664);//打开文件
if (fd < 0) {
return -1;
}
//将标准输出，重定向到文件，这样则写往标准输出的数据会被写入到文件中，而不是被打印
dup2(fd, 1);
//printf内部操作的是stdout标准输出文件流指针，而文件流指针本质上内部包含的是1号描述符成员
//printf的打印就是向标准输出写入数据，因为标准输出已经被重定向，因此数据会被写入文件中，而不是直接打印
printf("hello bit");
return 0;
}
不同的硬件的读写方法一定是不一样的，但在OS看来，一切设备和文件都是struct file内核数据结构，在管理对应的硬件时，虽然硬件的管理方法不在OS层，而是在驱动层，这也没有关系，只需要利用struct file结构体中的函数指针，调用对应的硬件的读写方法即可。
终究还是封装的思想！
Linux下一切皆文件是指，Linux系统中的所有资源，无论是硬件设备、普通文件、目录、进程、网络连接等，都可以被抽象为文件，并且可以使用统一的接口来访问和操作。
这样做的好处是，简化了开发者和用户对不同资源的处理方式，提高了系统的灵活性和可扩展性。
这样做的不利之处是，需要在文件系统中挂载每个硬件设备才能使用它们，而且可能会造成一些性能损失。
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