三、文件IO——系统调用（续）

3.2.4 read 函数--- 读文件

　　read(由已打开的文件读取数据)

#include<unistd.h>
 ssize_t read(int fd, void * buf, size_t count);

• * 函数说明
  • read() 会把参数 fd 所指的文件传送 count 个字节到 buf 指针所指的内存中。
  • 若参数 count 为0，则 read() 不会有作用并返回0.
  • 返回值为实际读取到的字节数，如果返回0，表示已到达文件尾或是无可读取的数据，此外文件读写位置会随读取到的字节移动
• * 参数
  • fd 为先前由 open() 或 creat() 所返回的文件描述词。
  • buf  存放读取数据的缓存
  • count 要求读取一次数据的字节数
• * 附加说明
  • 如果顺利 read() 会返回实际读到的字节数，最好能将返回值与参数 count 做比较，若返回的字节数要比要求读到的字节数少，则有可能读到了文件尾、从管道(pipe)或终端机读取，或者是 read() 被信号中断了读取动作。当有错误发生时，则返回 -1，错误代码存入 errno 中，而文件读写位置则无法预期，
• * 错误代码
  • EINTR 此调用被信号所中断
  • * EAGAIN 当使用不可阻断 I/O 时（O_NONBLOCK），若无数据可读取则返回此值
  • * EBADF 参数 fd 非有效的文件描述词，或该文件已关闭
• 由多种情况可使实际督导的字节数少于要求读写字节数
  • 读普通文件时，在读到要求字节数之前已到达了文件尾端
  • 当从终端设备读时，通常一次最多读一行
  • 当从网络读时，网络中的缓冲机构可能造成返回值小于所要求读的字节数
  • 某些面向记录的设备，例如磁带，一次最多返回一个记录
  • 进程由于信号造成中断
• 读操作从文件的当前位移量处开始，在成功返回前，该位移量增加实际读得的字节数

3.2.5 write 函数--- 写文件

　　write（将数据写入已打开的文件内）

#include<unistd.h>
ssize_t read(int fd, void * buf, size_t count);

• * 相关函数 open，read，fcntl，close，lseek，sync，fsync，fwrite
• * 函数说明
  • write()会把参数buf所指的内存写入count个字节到参数fd所指的文件内。当然，文件读写位置也会随之移动。
  • write 出错的一个常见原因是：磁盘已写满，或者超过了对一个给定进程的文件长度限制
  • 对于普通文件，写操作从文件的当前位移量处开始。如果在打开该文件时，指定了 O_APPEND 选择项，则在每次写操作之前，将文件位移量设置在文件的当前结尾处。在一次成功写之后，该文件位移量增加实际写的字节数。
• * 返回值
  • 如果顺利write()会返回实际写入的字节数。当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中。
  • 返回值通常与参数 count 的值不同，如果不一样则表示出错
• * 错误代码
  • EINTR 此调用被信号所中断
  • * EAGAIN 当使用不可阻断 I/O 时（O_NONBLOCK），若无数据可读取则返回此值
  • * EBADF 参数 fd 非有效的文件描述词，或该文件已关闭

3.2.6 lseek 函数--- 文件定位

 #include<sys/types.h>
 #include<unistd.h>
off_t lseek(int fildes,off_t offset ,int whence);

• * 相关函数 dup，open，fseek
• 函数功能：
  • 定位一个已打开的文件　　
• * 函数说明
  • 每一个已打开的文件都有一个读写位置，当打开文件时通常其读写位置是指向文件开头，若是以附加的方式打开文件(如O_APPEND)，则读写位置会指向文件尾。当read()或write()时，读写位置会随之增加，lseek()便是用来控制该文件的读写位置。
• * 参数：
  • @fildes 已打开的文件描述符
  • * @offset 位移量。根据参数whence来移动读写位置的位移数。
  • @ whence  定位的位置，为下列其中一种:
    • * SEEK_SET 将该文件的位移量设置为距离文件开始处 offset  个字节
    • * SEEK_CUR 将该文件的位移量设置为其当前值处 加offset  个字节，offset 可为正或负
    • * SEEK_END 将该文件的位移量设置为文件长度 加offset  个字节，offset 可为正或负
    • * 当whence 值为SEEK_CUR 或SEEK_END时，参数offet允许负值的出现
• * 返回值
  • 若成功则返回新的文件位移量（绝对偏移量），若出错返回-1.
• * 特别使用方式
  • * 1) 欲将读写位置移到文件开头时:lseek（int fildes,0,SEEK_SET）；
  • * 2) 欲将读写位置移到文件尾时:lseek（int fildes，0,SEEK_END）；
  • * 3) 想要取得目前文件位置时:lseek（int fildes，0,SEEK_CUR）；
• * 附件说明
  • Linux系统不允许lseek（）对tty装置作用，此项动作会令lseek（）返回ESPIPE。
• 其他使用方式：
  • lseek 也可用来确定所涉及的文件是否可以设置位移量。如果文件描述符引用的是一个管道或FIFO，则 lseek 返回 -1，并将 errno 设置为 EPIPE
  • 每个打开文件都由一个与其相关联的“当前文件偏移量”。它是一个非负整数，用以度量从文件开始处计算的字节数。通常，读、写操作都从当前文件偏移量处开始，并使偏移量增加所读或写的字节数。按系统默认，当打开一个文件时，除非指定 O_APPEND 选择项，否则该位移量被设置为0　　　　

3.3 例子

3.3.1 文件读写

　　io.h

#ifndef __IO_H__
#define __IO_H__

extern void copy(int fdin, int fdout);

#endif

　　io.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include "io.h"
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>


#define BUFFER_LEN 1024

/* 文件的读写拷贝 */
void copy(int fdin, int fdout)
{
    char buff[BUFFER_LEN];
    ssize_t size;

    while((size = read(fdin, buff, BUFFER_LEN)) > 0) { //从 fdin 中读取 BUFFER_LEN 个字节存放入  buff 中
        if(write(fdout, buff, size) != size) {
            fprintf(stderr, "write error: %s
", strerror(errno));
            exit(1);
        }
    }
    if(size < 0) {
        fprintf(stderr, "read error:%s
", strerror(errno));
        exit(1); // 相当于 return 1;
    }
}

　　将 io.c 编译成 .o 文件，供其他模块进行调用

gcc -o obj/io.o -Iinclude -c src/io.c

• -o：指定输出的目录和文件格式
• -Iinclude：指定包含的头文件目录，-I使指定包含头文件，后面的inlcude 即是头文件所在的目录，也可以采用绝对路径
• -c：指定源文件

　　cp.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include "io.h"
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 3) {
        fprintf(stderr, "usage: %s srcfile destfile
", argv[0]);
        exit(1);
    }

    int fdin;
    int fdout;

    //打开一个待读取的文件
    fdin = open(argv[1], O_RDONLY);
    if(fdin < 0) {
        fprintf(stderr, "open error: %s
", strerror(errno));
        exit(1);
    } else {
        printf("open file: %d
", fdin);
    }

    //打开一个待写入的文件
    fdout = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0777);
    if(fdout < 0) {
        fprintf(stderr, "open error: %s
", strerror(errno));
        exit(1);
    } else {
        printf("open file: %d
", fdout);
    }

    //文件复制
    copy(fdin, fdout);

    close(fdin);
    close(fdout);

    return 0;
}

　　编译：

gcc -o bin/cp -Iinclude obj/io.o src/cp.c

　　运行：

　　

　　

　　

　　

3.3.2 lseek 文件定位

（1）例子1

　　打印要读取的文件的总的大小

　　每次写完后，文件定位的位置

　　io.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include "io.h"
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>


#define BUFFER_LEN 1024

/* 文件的读写拷贝 */
void copy(int fdin, int fdout)
{
    char buff[BUFFER_LEN];
    ssize_t size;

//    printf("file length: %ld
", lseek(fdin, 0L, SEEK_END));//将文件定位到文件尾部，偏移量为0L
//    lseek(fdin, 0L, SEEK_SET);// 定位到文件开头

    while((size = read(fdin, buff, BUFFER_LEN)) > 0) { //从 fdin 中读取 BUFFER_LEN 个字节存放入  buff 中
        printf("current: %ld
", lseek(fdin, 0L, SEEK_CUR));    //打印当前位置

        if(write(fdout, buff, size) != size) {
            fprintf(stderr, "write error: %s
", strerror(errno));
            exit(1);
        }
    }
    if(size < 0) {
        fprintf(stderr, "read error:%s
", strerror(errno));
        exit(1); // 相当于 return 1;
    }
}

　　cp.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include "io.h"
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 3) {
        fprintf(stderr, "usage: %s srcfile destfile
", argv[0]);
        exit(1);
    }

    int fdin;
    int fdout;
    off_t ret;

    //打开一个待读取的文件
    fdin = open(argv[1], O_RDONLY);
    if(fdin < 0) {
        fprintf(stderr, "open error: %s
", strerror(errno));
        exit(1);
    } else {
        printf("open file: %d
", fdin);
    }

32     ret = lseek(fdin, 0L, SEEK_END); //将文件定位到文件末尾
33     if(ret == -1) {
34         fprintf(stderr, "lseek error: %s
", strerror(errno));
35         exit(1);
36     }
37     printf("file length: %ld
", ret);
38 
39     ret = lseek(fdin, 0L, SEEK_SET);// 定位到文件开头
40     if(ret == -1) {
41         fprintf(stderr, "lseek error: %s
", strerror(errno));
42         exit(1);
43     }

    //打开一个待写入的文件
    fdout = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0777);
    if(fdout < 0) {
        fprintf(stderr, "open error: %s
", strerror(errno));
        exit(1);
    } else {
        printf("open file: %d
", fdout);
    }

    //文件复制
    copy(fdin, fdout);

    close(fdin);
    close(fdout);

    return 0;
}

　　编译：

gcc -o bin/cp -Iinclude src/io.c src/cp.c

　　执行：

　　

（2）空洞文件制作

 　　空洞文件就是从文件尾部跳出若干个字节再写入信息，中间空出来的信息就是一个空洞

　　hole_file.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>

//生成空洞文件
char *buff = "0123456789";


int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc < 2) {
        fprintf(stderr, "usage: %s [file]
", argv[0]);
        exit(1);
    }
            
    int fd;
    size_t size;

    fd = open(argv[1], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0777);
    if(fd < 0) {
        perror("open error");
        exit(1);
    }

    // 写入多少个字节，一个字符串占多少个字节
    size = strlen(buff) * sizeof(char);
    
    // 将字符串写入到空洞文件中
    if(write(fd, buff, size) != size) {
        perror("write error");
        exit(1);
    }

    // 定位到文件尾部的 10 个字节处
    if(lseek(fd, 10L, SEEK_END) == -1) {
        perror("lseek error");
        exit(1);
    }

    // 从文件尾部的10个字节处再写入字符串
    if(write(fd, buff, size) != size) {
         perror("write error");
         exit(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
    
}

　　编译：

gcc -o bin/hole_file src/hole_file.c

　　执行：