最近学习linux系统下的应用编程，参考书籍是那本称为神书的《Unix环境高级编程》，个人感觉神书不是写给草鞋看的，而是
写给大神看的，如果没有一定的基础那么看这本书可能会感到有些头重脚轻的感觉。我自己就是这样，比方说看进程间通信信号量章
节的时候，开始感觉就很迷糊，因此也就想在这里写一些文字，给和我一样的草鞋分享一些自己的学习经历（算不上经验吧）。
环境： windows7， VMware 9.0
操作系统版本： RHEL 5.5
内核版本： 2.6.18-194.el5
Gcc版本： gcc 版本 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-48) 【2008年7月4日构建的】
【linux草鞋应用编程系列】的系列文章，欢迎批评指正。 欢迎转载，如果您愿意可以添加本系列文章的链接，即本草鞋的在博客园
的链接。
正文中的函数的原型都是通过 man page 查看和复制到，查看的时候如果与这里的不一样，请以查看的为准， 因为不同的内核
版本支持的函数，以及函数的参数可能存在一些出入。
废话少说，下面开始正题。
开篇： 系统调用IO接口与标准IO接口
正文：
一、系统IO
linux系统下面提供了一套系统API来实现外设的IO操作。
1、文件的打开
系统调用open( )用于打开文件，其函数原型如下所示：
NAME open, creat - open and possibly create a file or device SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int open(const char *pathname, //要打开的文件的路径和文件名 int flags); //打开方式 int open(const char *pathname, //要打开的文件的路径和文件名 int flags, //打开方式 ， 这个格式的调用，表示使用了 O_CREAT 打开方式标志。 mode_t mode); //打开后文件的权限 int creat(const char *pathname, //要创建的文件的路径和文件名 mode_t mode); //创建后文件的权限
open： 打开或者创建一个文件。
参数flags : 如果有 O_CREAT 标志，则表示如果文件存在直接打开，否则就创建新文件； mode表示创建的
文件的读、写、执行 权限， 用 8 进制指定。
mode must be specified when O_CREAT is in the flags, and is ignored otherwise. creat() is equivalent to open() with flags equal to O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC.
open使用O_CREAT标志的时候，使用第二种调用形式，必须设置mode参数；
creat() 函数相当于调用open 且给第二个参数传递 O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC. 三个标志的按位或结果
返回值：
成功返回文件描述符，失败返回 -1.
要点：
O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR 三个标志必须取其中一个，而且三个标志互斥（即 取一个且只能取一个）
这三个标志用于open的第二个参数。
2、文件的读
系统用 read 进行文件的读
NAME read - read from a file descriptor SYNOPSIS #include <unistd.h> ssize_t read( int fd, //要读取文件的文件描述符 void *buf, //读取数据存储的缓冲区 size_t count); //要读取字节数
返回值：
成功返回读取的字节数， 返回0 表示道文件结尾。
失败返回-1。
3、 文件的写
用 write 函数进行文件的写入。
NAME write - write to a file descriptor SYNOPSIS #include <unistd.h> ssize_t write(int fd, //要写入文件的文件描述符 const void *buf, //待写入数据的缓冲区 size_t count); //要写入的字节数
返回值： 成功返回写入到字节数， 返回0 表示没有写入任何东西。 失败返回 - 1 .
简单的文件复制程序：
#include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #define BUF_LEN 1024 int main(int argc, char* argv[]) { int fd_src, fd_dst; char buf[BUF_LEN]; int ret; int ret_r; if(argc < 3) { printf("usage: cpfile file_src file_dst "); printf(" file_src:file want to copy "); printf(" file_dst:file where to store "); exit(0); } fd_src=open(argv[1], O_RDONLY); if(-1 == fd_src ) { strcpy(buf,"open "); strcat(buf,argv[1]); perror(buf); exit(1); } fd_dst=open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT,00666); if(-1 == fd_dst ) { strcpy(buf,"open "); strcat(buf,argv[2]); perror(buf); exit(1); } do { memset(buf,0,sizeof(buf)); ret_r=read(fd_src,buf,sizeof(buf) ); if(-1 == ret) { strcpy(buf,"read "); strcat(buf,argv[1]); perror(buf); exit(2); } ret=write(fd_dst,buf,ret_r); if(-1 == ret) { strcpy(buf,"write "); strcat(buf,argv[2]); perror(buf); exit(3); } }while( ret_r != 0); close(fd_src); close(fd_dst); return 0; }
4、目录操作
要对目录进行操作需要先打开目录，用 opendir 打开目录。
NAME opendir - open a directory SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <dirent.h> DIR *opendir(const char *name); //要打开的目录的路径和目录名
数据类型：
DIR类型表示指向打开目录的指针，通过这个指针对目录进行操作。
返回值：
成功返回指向打开目录的指针，失败返回NULL。
5、获取目录下的文件项
通过 readdir 来获取目录下的目录项。 readdir 分为系统调用readdir, 以及库函数readdir， 通常使用
库函数readdir。
READDIR(3) Linux Programmer’s Manual READDIR(3) NAME readdir - read a directory SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <dirent.h> struct dirent *readdir(DIR *dir); //要读取的目录的指针
返回值：
成功返回一个描述目录项的指针， 当读取到最后一个目录项的时候返回NULL, 失败也返回NULL，
目录项指针是一个数据结构体类型： struct dirent 其定义如下：
struct dirent { ino_t d_ino; /* inode number */ off_t d_off; /* offset to the next dirent */ unsigned short d_reclen; /* length of this record */ unsigned char d_type; /* type of file */ //文件类型 char d_name[256]; /* filename */ //文件名 };
下面一个简单的目录操作程序： 实现 ls 的功能
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <dirent.h> #include <stdlib.h> int main(int argc, char* argv[]) { DIR *dir=NULL; struct dirent *file=NULL; if(argc < 2) //如果没有指定要显示的目录，就显示当前目录的的文件 { dir=opendir("./"); if(!dir) { perror("open"); exit(1); } else { while(file=readdir(dir)) printf("%s ",file->d_name); } putchar(' '); closedir(dir); exit(0); } dir=opendir(argv[1]); if(!dir) { perror("open"); exit(1); } while(file=readdir(dir)) printf("%s",file->d_name); printf(" "); closedir(dir); return 0; }
执行结果如下：
[root@localhost ls]# ls main.c [root@localhost ls]# gcc -o dir main.c [root@localhost ls]# ./dir dir main.c .. . [root@localhost ls]#
6、查看某个文件是否存在
有时需要检测某个文件是否存在。 例如复制文件的时候，既需要检测文件是否存在，存在的话就需要提醒
用户是否需要覆盖。
通过 access( ) 来检测文件是否存在、是否可写等信息。
ACCESS(2) Linux Programmer’s Manual ACCESS(2) NAME access - check user’s permissions for a file SYNOPSIS #include <unistd.h> int access( const char *pathname, //要检查的文件路径和文件名 int mode); //要检测的内容，如文件是否存在 F_OK 等
修改后的 cpfile.c 如下
#include <stdio.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #define BUF_LEN 1024 int main(int argc, char* argv[]) { int fd_src, fd_dst; char buf[BUF_LEN]; int ret; int ret_r; if(argc < 3) //参数小于3个，就打印提示信息 { printf("usage: cpfile file_src file_dst "); printf(" file_src:which file want to copy "); printf(" file_dst:file where to store "); printf(" If the file_src and file_dst without path," "will operation at current directory "); exit(0); } //检测目标文件是否存在 if( ! access(argv[2],F_OK) ) { printf("%s exist,do you want to overwrite it?(y/n):",argv[2]); buf[0]=getchar(); if( 'n' == buf[0] ) exit(0); } fd_src=open(argv[1], O_RDONLY); if(-1 == fd_src ) { strcpy(buf,"open "); strcat(buf,argv[1]); perror(buf); exit(1); } fd_dst=open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT,00666); if(-1 == fd_dst ) { strcpy(buf,"open "); strcat(buf,argv[2]); perror(buf); exit(1); } do { memset(buf,0,sizeof(buf)); ret_r=read(fd_src,buf,sizeof(buf) ); if(-1 == ret) { strcpy(buf,"read "); strcat(buf,argv[1]); perror(buf); exit(2); } ret=write(fd_dst,buf,ret_r); if(-1 == ret) { strcpy(buf,"write "); strcat(buf,argv[2]); perror(buf); exit(3); } }while( ret_r != 0); close(fd_src); close(fd_dst); return 0; }
7、获取文件的属性
linux中文件具有各种属性，有时需要获取这些文件的信息，例如 ls -l 命令会显示目录下文件的信息。
在linux中可以通过 stat、fstat、lstat 函数获取文件的相关信息。
STAT(2) Linux Programmer’s Manual STAT(2) NAME stat, fstat, lstat - get file status SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <unistd.h> int stat(const char *path, //要查看的文件的路径和文件名 struct stat *buf); //输出参数， 用于存储文件信息的结构体指针 int fstat(int filedes, //打开的文件的文件描述符 struct stat *buf); //输出参数， 用于存储文件信息的结构体指针 int lstat(const char *path, //要查看的文件的路径和文件名 struct stat *buf); //输出参数， 用于存储文件信息的结构体指针
返回值：
成功返回0， 失败返回 -1 ；
结构体：
struct stat { dev_t st_dev; /* ID of device containing file */ ino_t st_ino; /* inode number */ mode_t st_mode; /* protection */ nlink_t st_nlink; /* number of hard links */ //硬连接数 uid_t st_uid; /* user ID of owner */ //用户ID gid_t st_gid; /* group ID of owner */ //组ID dev_t st_rdev; /* device ID (if special file) */ //特殊文件ID号 off_t st_size; /* total size, in bytes */ //文件大小 blksize_t st_blksize; /* blocksize for filesystem I/O */ //文件IO的块大小 blkcnt_t st_blocks; /* number of blocks allocated */ //文件使用的块数目 time_t st_atime; /* time of last access */ //最后访问时间 time_t st_mtime; /* time of last modification */ //最后修改时间 time_t st_ctime; /* time of last status change */ //最后 };
下面为为改进后的简易 ls 命令源代码： 可以显示更多的信息
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <dirent.h> #include <stdlib.h> #include <sys/stat.h> #include <string.h> #define BUF_SIZE 512 //定义一个函数解析文件信息 void show_stat(char buf[] ,struct stat f_stat) { printf("File : %s ",buf); printf(" user id: %d ", f_stat.st_uid); printf(" group id: %d ",f_stat.st_gid); printf(" file size:%.3fK ", 1. * f_stat.st_size /1024); //显示3位小数 printf(" file ulink:%d ",f_stat.st_nlink); } //定义一个函数遍历目录 void dir(const char *path) { DIR *dir=NULL; //打开的目录 struct dirent *f_dir=NULL; //存储目录项 char buf[1024]={}; struct stat f_stat={}; //用来检测文件的信息 int ret=0; //打开目录 dir=opendir(path); if(!dir) { strcpy(buf,"acces directory:"); strcat(buf,path); perror(buf); exit(1); } //遍历目录 while( f_dir = readdir(dir) ) { //首先获取文件的路径和文件名 strcpy(buf,path); //路径 strcat(buf,"/"); //添加路径分割符号 strcat(buf,f_dir->d_name); //文件名，buf包含路径名和文件名 //获取目录项的属性 ret=stat(buf,&f_stat); if(ret) { perror(buf); } if(S_ISDIR(f_stat.st_mode)) //如果是目录 { printf("File : %s ",f_dir->d_name); printf(" A directory "); } else if(S_ISREG(f_stat.st_mode)) { show_stat(f_dir->d_name, f_stat); } else { printf("File : %s ", f_dir->d_name); printf(" other file type"); } }//遍历目录结束 } int main(int argc, char* argv[]) { struct stat f_stat; int ret; char buf[BUF_SIZE]; //首先判断是否有第二个参数， 没有就显示当前目录 if( argc < 2 ) { dir("."); //注意这个地方，不能传递"./"，因为dir函数中会添加最后一个反斜杠 exit(0); //显示完成就退出 } //有第二个参数 ret=stat(argv[1],&f_stat); if(ret) { strcpy(buf,"access "); strcat(buf,argv[1]); perror(buf); exit(1); } if(S_ISDIR(f_stat.st_mode)) //如果是目录 { dir(argv[1]); } if(S_ISREG(f_stat.st_mode)) //如果是文件 { show_stat(argv[1],f_stat); } return 0; }
8、改变工作目录
应用程序执行的时候，都有一个工作目录：当前目录， 有时候需要在程序执行的时候切换当前目录到其
他目录。
在程序中，可以通过函数改变 当前工作目录： chdir( )
CHDIR(2) Linux Programmer’s Manual CHDIR(2) NAME chdir, fchdir - change working directory SYNOPSIS #include <unistd.h> int chdir(const char *path); //要切换到的工作目录 int fchdir(int fd); //通过打开的文件描述符，切换到打开的文件所在的目录
返回值：
成功返回0， 失败返回-1 。
9、获取当前工作目录
在应用程序中，有时可能会多次改变工作目录，为了跟踪应用程序的当前工作目录，可以通过函数 getcwd ( ) 来
获取当前的工作目录。
GETCWD(3) Linux Programmer’s Manual GETCWD(3) NAME getcwd, get_current_dir_name, getwd - Get current working directory SYNOPSIS #include <unistd.h> char *getcwd( char *buf, //输出函数，用来存储当前路径的缓存区域 size_t size); //缓存区域的大小
返回值：
成功返回 buf， 失败返回NULL， 同时设置全局变量 error；
如果路径大于buf的大小，那么 errno 将被设置为 ERANGE
Exp： chdir.c
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> //访问错误值代码 extern int errno; int main(void) { char* buf=NULL; int ret; buf=(char *)malloc(1024); buf=getcwd(buf,1024); if(!buf) { if(ERANGE == errno) buf=(char *)realloc(buf,2048); } buf=getcwd(buf,2048); printf("before change directroy: %s ",buf); ret=chdir("/home/volcanol"); if(ret) { perror("/home/volcanol"); exit(1); } buf=getcwd(buf,2048); printf("after change directory:%s ",buf); free(buf); return 0; }
二、标准库IO： <stdio.h>
标准库IO的特点是： 调用系统API接口实现标准库IO。标准库IO函数都是具有缓冲机制的IO接口。
1、printf
printf 在输出时先将数据写入到缓冲区域，在遇到 '
' 字符的时候才将数据从缓冲区显示到标准输出设备。
Exp：
#include <stdio.h> #include <unistd.h> //to use sleep() int main(void) { int i=0; for(i=0;i<5;i++) { printf("%d ",i); sleep(1); //为了查看效果，才加上sleep(); } printf(" "); return 0; }
执行的时候，可以看到 0、1、2、3、4 不是一个一个的输出，而是一起输出的。
printf也会在缓冲区满的时候，输出数据。
为了查看缓冲区满的时候printf函数输出数据，可以对缓冲区进行设置， 通过函数 setvbuf 设置缓冲的大小和缓冲
模式。
标准输出的缓冲机制有三种：
A： 无缓冲
B： 行缓冲
C： 全缓冲
setvbuf( )的原型为：
SETBUF(3) Linux Programmer’s Manual SETBUF(3) NAME setbuf, setbuffer, setlinebuf, setvbuf - stream buffering operations SYNOPSIS #include <stdio.h> void setbuf(FILE *stream, char *buf); void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size_t size); void setlinebuf(FILE *stream); //设置为行缓冲， stream 表示设置缓冲的文件 int setvbuf(FILE *stream, //要缓冲的文件，标准输出为 stdout char *buf, //缓冲区的首地址， =NULL 表示系统分配， int mode , //缓冲模式，行缓冲、全缓冲、无缓冲 size_t size); //缓冲区大小
mode 的取值由下面的宏指定：
_IONBF unbuffered ： 无缓冲
_IOLBF line buffered ： 行缓冲
_IOFBF fully buffered ：全缓冲， 主要用于 文件。
其他三个函数都是调用 setvbuf 实现的，因此了解 setvbuf, 就能知道其他函数的用法。
返回值：
成功返回0 ；失败返回任意值，会设置errno。
Exp： setvbuf.c 第一次设置为： 无缓冲模式
#include <stdio.h> #include <unistd.h> //to use sleep() int main(void) { int i=0; setvbuf( stdout, NULL , _IONBF , 0 ); for(i=0;i<5;i++) { printf("%d ",i); sleep(1); //为了查看效果，才加上sleep(); } printf(" "); return 0; }
程序执行的过程中： 可以看到数字一个一个的输出，而不是一起输出。
Exp： 第二次设置为缓冲区大小为1个字节，测试缓冲区满就输出
#include <stdio.h> #include <unistd.h> //to use sleep() int main(void) { int i=0; char buf[1]={}; /*setvbuf(stdout, NULL, _IONBF ,0);*/ setvbuf(stdout, buf , _IOLBF , 1); for(i=0;i<5;i++) { printf("%d ",i); sleep(1); //为了查看效果，才加上sleep(); } printf(" "); return 0; }
可以看到数组0、1、2、3、4是一个一个的输出，而不是一起输出。
还可以调用函数 fflush 来将数据从输出从缓冲区刷出，从而 printf 可以不必在遇到 '
' 或者缓冲满的时候
#include <stdio.h> #include <unistd.h> //to use sleep() int main(void) { int i=0; char buf[1]={}; /*setvbuf(stdout, NULL, _IONBF ,0);*/ /*setvbuf(stdout, buf , _IOLBF , 1);*/ for(i=0;i<5;i++) { printf("%d ",i); fflush(stdout); sleep(1); //为了查看效果，才加上sleep(); } printf(" "); return 0; }
特殊点：
printf("%s");输出结果为 (null)
[root@localhost cpfile]# ./a.out main.c cpfile.c
(null) exist,do you want to overwrite it?(y/n):n
[root@localhost cpfile]# ./a.out main.c cpfile.c
(null) exist,do you want to overwrite it?(y/n):n
2、scanf
scanf 在遇到 '
' 时才能将数据从输入缓冲区读入。
Exp： scanf.c
#include <stdio.h> int main(void) { char ch; char ch_1; char buf[32]; char buf_1[32]; scanf("%c%s",&ch,buf); printf("c=%c, str=%s ",ch,buf); scanf("%c%s",&ch_1,buf_1); printf("c=%c, str=%s ",ch_1,buf_1); return 0; }
执行结果如下：
[root@localhost stdio]# vim scanf.c [root@localhost stdio]# gcc scanf.c [root@localhost stdio]# ./a.out hello world //输入 hello world 然后按下回车键 c=h, str=ello c= , str=world
从这个地方可以知道：
scanf 函数在检测到输入 '
' 后将数据写入到输入缓冲区； 而下一次调用的时候，会先检测缓冲区有没有
数据，如果缓冲区有数据，则直接从缓冲区域里面读取数据。
%c 可以读取空白字符， %s会以空白符号表示字符串读取结束，且不会将空白符从缓冲区删除。
与输出的printf不一样，不能通过fflush将输入数据缓冲区的数据刷出。
Exp：
#include <stdio.h> int main(void) { char ch; char ch_1; char buf[32]; char buf_1[32]; scanf("%c%s",&ch,buf); printf("c=%c, str=%s ",ch,buf); fflush(stdin); scanf("%c%s",&ch_1,buf_1); printf("c=%c, str=%s ",ch_1,buf_1); return 0; }
执行结果如下：
[root@localhost stdio]# gcc scanf.c
[root@localhost stdio]# ./a.out
hello wolrd
c=h, str=ello
c= , str=wolrd //输出结果为没有将输入数据缓冲区刷出
[root@localhost stdio]# ./a.out
hello wolrd
c=h, str=ello
c= , str=wolrd //输出结果为没有将输入数据缓冲区刷出
3、其他IO输出函数
puts( ) ： 不具有缓冲效果，直接输出， 即不会等到遇到 '
' 时才输出数据。
gets( )： 默认为行缓冲的输入。一次读入一行数据。
getch( );
putch( );
4、标准输入的文件操作函数
1） fopen
用于打开一个文件，返回指向文件的文件流指针。原型如下：
FOPEN(3) Linux Programmer’s Manual FOPEN(3) NAME fopen, fdopen, freopen - stream open functions SYNOPSIS #include <stdio.h> FILE *fopen(const char *path, //要打开的文件 const char *mode); //打开模式 FILE *fdopen(int fildes, //已经用 open打开的文件的文件描述符 const char *mode); //打开模式，必须与open的模式兼容 // 下面的函数，将 stream 文件流重定向到 重新为 path 打开的文件流 FILE *freopen(const char *path, const char *mode, FILE *stream);
2） fclose
fclose 用于关闭一个打开的文件流。
FCLOSE(3) Linux Programmer’s Manual FCLOSE(3) NAME fclose - close a stream SYNOPSIS #include <stdio.h> int fclose(FILE *fp);
3） fread、fwrite
fread用于从文件流中读取数据。fwrite用于将数据写入到文件流。
FREAD(3) Linux Programmer’s Manual FREAD(3) NAME fread, fwrite - binary stream input/output SYNOPSIS #include <stdio.h> size_t fread(void *ptr, //存储读入数据的数据缓冲区首地址、指针 size_t size, //要读取的数据块的带小 size_t nmemb, //每次读取多少个数据块 FILE *stream); //要读取的文件流 size_t fwrite(const void *ptr, //存储待写入数据的数据缓冲区首地址、指针 size_t size, //要写入到数据块的大小 size_t nmemb, //每次要写入多少个数据块 FILE *stream); //要写入的文件流
读取时候，需要检测是否已经到文件尾，如果到文件尾，那么需要结束读取操作，或者进行重新定位。
A： feof
FERROR(3) Linux Programmer’s Manual FERROR(3) NAME clearerr, feof, ferror, fileno - check and reset stream status SYNOPSIS #include <stdio.h> void clearerr(FILE *stream); int feof(FILE *stream); //检测是否到文件尾 int ferror(FILE *stream); int fileno(FILE *stream);
当检测到文件尾的时候，feof 返回非零值。
B： fseek
FSEEK(3) Linux Programmer’s Manual FSEEK(3) NAME fgetpos, fseek, fsetpos, ftell, rewind - reposition a stream SYNOPSIS #include <stdio.h> int fseek(FILE *stream, long offset, int whence); long ftell(FILE *stream); void rewind(FILE *stream); int fgetpos(FILE *stream, fpos_t *pos); int fsetpos(FILE *stream, fpos_t *pos);
利用标准输入实现文件复制程序： cpfile.c
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define BUF_SIZE 512 int main(int argc, char* argv[]) { char buf[BUF_SIZE]={}; FILE* fp_src; FILE* fp_dst; if(argc<3) { printf("usage: cpfile file_src file_dst "); puts(" file_src: the source file"); puts(" file_dst: the target file"); exit(0); } fp_src = fopen( argv[1], "r"); fp_dst = fopen( argv[2], "w"); while( !feof(fp_src) ) { memset(buf, 0, sizeof(buf)); fread(buf, BUF_SIZE, 1, fp_src); fwrite(buf, BUF_SIZE, 1, fp_dst); } fclose(fp_src); fclose(fp_dst); return 0; }
执行的时候，可以成功复制文件。
这是本系列的第一篇，系列文章未完待续。