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一、基本概念

文件:
    一组相关数据的集合 
文件名:
    01.sh //文件名 

流：

         流是指数据在程序或系统中的流动方式。在Linux中，数据流通常通过文件描述符（File Descriptors）进行管理。文件描述符是一个非负整数，用于标识打开的文件或输入/输出资源。

二、linux下的文件类型 

  b block         块设备文件   eg: 硬盘 
  c character     字符设备文件 eg: 鼠标，键盘
  d directory     目录文件     eg: 文件夹 
  - regular       常规文件     eg: 1.txt 01.sh xx.bmp 
  l symblink      软链接       eg: 快捷方式
  s socket        套接字       eg: 网络通信用
  p pipe          管道         eg: 进程间通信 
 

三、思想

  linux中一个核心设计思想 
  everything is file!
    //一切皆文件 

四、 linux操作文件的函数

   两套函数 (两套操作路径

   
   (一)库函数  

               --- 第三方提供的函数   

 集成了很多功能函数 
    //标准输入输出 
    //数学函数 

   (二)系统调用

               --- 内核提供的函数  

（三）标准io的概念 

1975 Dennis r IO库，
    从C语言的标准，ANSI c 
    IO  input  output
    I： 键盘是标准输入设备 ====》默认输入就是指键盘  /dev/input
    O： 显示器是标准输出设备 ==》默认输出就是指显示器
    
    Linux操作系统当中IO都是对文件的操作
    C一部分，任何支持标准C的系统都可使用标准IO实现文件存储
    标准IO在UNIX上是对文件IO的封装
   
    一般都是对普通文件操作是一种有缓存的IO 在文件IO和用户程序之间，
    加入缓冲区，可以有效减少系统调用的次数，节省系统IO调度资源
    
    说明:
    标准IO库，不单单是linux上有，在windows，Mac os上都有。
    很多操作系统都实现了标准IO库。
    都是依据IOS C标准实现的。
    所以基本保证了可移植性。
    但是因为标准和具体实现之间的差异，
    未必敢保证所有的函数在都可以相互通用。
    
    标准IO都干了些啥？
    标准IO处理了很多细节:
    (1).处理缓冲区分配   （缓存--提高效率 --- 慢速 快速）
    (2).读写IO的块长度的优化
    (3).对系统调用进行了封装，内部对应的"文件描述符" 
    
    好处:
        用户使用方便，不必再担心如何选择正确的块长度。
    //地位:
        标准I/O库是由 Dennis Ritchie在1975年左右编写的。
        它是Mike Lesk编写的可移植I/O库的主要修改版本。
        令人惊讶的是，50年来，几乎没有对标准I/O库进行修改。

五、函数接口

（一）fopen

FILE * fopen(const char *pathname，const char *mode);
  功能:
         流打开函数
  参数:
     @pathname --- 要打开的文件名 //字符串形式的名字 
     @mode     --- 打开的模式 
       r   --- 只读  
       r+  --- 读写 
               说明: 带r的 要求，文件必须存在 ，如果不存在，就会报错
       w   --- 只写 
       w+  --- 读写 
               说明:  
                   文件存在 ，截断成 0长度 
                   不存在，则创建
       a  --- 追加(写)
       a+ --- 读写 
              说明:
                 读 从头读 
                 写 从末尾开始写 
                 文件存在 则打开做写操作即可 
                 文件不存在 创建文件 
  返回值:
     成功 FILE*指针  //文件指针 流指针 --- 从程序上讲，FILE *指针就代表打开的这个文件
     失败 NULL 同时 errno会被设置 
 

#include<stdio.h>
#include<errno.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 2){printf("Usage: %s <filename>\n",argv[0]);return -1;}FILE *fp = fopen(argv[1],"w+");
//	FILE *fp = fopen(argv[1],"r+");if(fp == NULL){printf("fopen fail\n");return -1;}//	printf ("fopen success!\n");return 0;
}

（二）perror

void perror(const char *s);

#include<stdio.h>
#include<errno.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 2){printf("Usage: %s <filename>\n",argv[0]);return -1;}FILE *fp = fopen(argv[1],"r");if(fp == NULL){perror("fopen fail");return -1;}printf ("fopen success!\n");return 0;
}

（三）fgetc  、fputc

1、 int fgetc(FILE * stream);

 功能:
     从文件中读取字符 
 参数:
     @stream 表示要读取的文件对应的流指针 
 返回值:
     成功 对应字符的ASCII码值 
     失败 EOF 到达文件结尾 
          出错 

 2、int fputc(int c,FILE *stream);

  功能:
      将一个字符输出到指定的流(文件)
  参数:
    @c          //要输出的字符 ---ascii码值
    @stream     //指定的文件 
  返回值:  
    成功 被写入的字符的ASCII码值
    失败 EOF 

 

 问题：
   EOF  
   文件中有没有 EOF?  //只是到达结尾时的一个标志

#include<stdio.h>
#include<errno.h>//类似cat功能int main(int argc, const char *argv[])
{//处理命令行参数if (argc != 2){printf("Usage: %s <filename>\n",argv[0]);return -1;}//1.打开文件FILE *fp = fopen(argv[1],"r+");if(fp == NULL){perror("fopen fail");return -1;
}//2.读写数据int ret;while((ret = fgetc(fp)) != EOF){fputc(ret,stdout);//printf("%c",ret);}//3.关闭fclose(fp);return 0;
}

    
系统默认打开的流指针:
stdin  //标准输入 
stdout //标准输出 
stderr //标准出错 --- 屏幕  --- 可以专门把错误信息输出到 stderr 

#include<stdio.h>int main(int argc, const char *argv[])
{int ret;while ( (ret = fgetc(stdin)) != EOF)fputc(ret,stdout);return 0;
}

（四）fclose

int fclose(FILE *stream);
  功能:
     关闭文件 
      刷新流
      关闭了底层文件描述符
 返回值:
   成功 0
   失败 EOF
   注意，不要多次重复关闭

（五）fgets、fputs

1、char * fgets(char*s,int size,FILE*stream)

功能:
   从stream中读取size-1个字符，到s指向的空间 
参数:
  @s        //存放读取到的数据 对应的内存空间 
  @size     //指定一次最多读取多少个字符 
  @stream   //表示要读取的文件 
返回值:
   成功 返回s
   失败 NULL 
        读到文件结尾 也 返回NULL 

注意:
   fgets读取结束:
   1. EOF
   2. '\n'
   3. size-1

 练习:
     统计文件行数 

#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if(argc != 2){printf("Usage: %s <filename>\n",argv[0]);return -1;}FILE *fp = fopen(argv[1],"r+");if(fp == NULL){perror("fopen fail");return -1;}char buf[1024];int n = 0;while (fgets(buf,sizeof(buf),fp)){if(buf[strlen(buf) - 1] == '\n'){n++;}}printf("%d\n",n);fclose(fp);return 0;
}

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

 功能：
      输出s到stream中
   参数:
    @s 代表要输出的字符串 
    @stream 代表 输出到的文件 
   返回值:
    成功 非负数 
    失败 EOF

 注意:
     不会将 '\0' 输出 

练习:
      cat //fgets实现cat 

#include<stdio.h>
#include<errno.h>//类似cat功能int main(int argc, const char *argv[])
{//处理命令行参数if (argc != 2){printf("Usage: %s <filename>\n",argv[0]);return -1;}//1.打开文件FILE *fp = fopen(argv[1],"r+");if(fp == NULL){perror("fopen fail");return -1;
}//2.读写数据int ret;while((ret = fgetc(fp)) != EOF){fputc(ret,stdout);//printf("%c",ret);}//3.关闭fclose(fp);return 0;
}

cp_fputsfgets.c 

#include<stdio.h>
#include<errno.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 3){printf("Usage: %s <filename>\n",argv[0]);return -1;}FILE *fp = fopen(argv[1],"r");FILE *srt = fopen(argv[2],"w");if(fp == NULL || srt == NULL){printf("fopen fail\n");return -1;}char buf[1024];while(fgets(buf,1024,fp) != NULL){fputs(buf,srt);}fclose(fp);fclose(srt);return 0;
}

"123" --- 文本文件 --- '1''2''3'  //每个数据是按照固定的编码格式存放的 -ASCII
 123   --- 二进制   --- 01111011   //
 
 linux下操作时 ，没有区别 
 windows下区别 
 
 说明:
    1.fgets 和 fputs 在拷贝 二进制文件时 可能出问题 

（六）fread / fwrite

fread/fwrite //二进制读写函数 按对象读写

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

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

功能:
     二进制流的读/写
参数:
   @ptr   表示存放数据的空间的地址 
   @size  要操作的单个元素(对象)的大小
   @nmemb 要操作的元素(对象)的个数 
   @stream 要操作的文件 
返回值:
   成功 返回的是 成功操作到的对象的个数 
   失败 0
     到达文件结尾 返回 0
     
应用:
   主要 应用在 文件中 有固定格式的  场景 
 

#include<stdio.h>int main(int argc, const char *argv[])
{char buf[10];int ret = fread(buf,sizeof(char),10,stdin);printf("ret = %d\n",ret);fwrite(buf,sizeof(char),ret,stdout);putchar('\n');return 0;
}

练习：
   将3个学生的信息，写到文件中 
   之后，
   从文件中读出学生信息，打印

#include<stdio.h>
typedef struct stu
{char name[20];int sno;float score;
}stu_t;int main(int argc, const char *argv[])
{stu_t s[3] = {{"tom",110,99},{"liam",111,98},{"beta",112,99}};FILE *fp = fopen("stu.txt","w+");if(fp == NULL){perror("fopen fail");return -1;}fwrite(s,sizeof(stu_t),3,fp);rewind(fp);stu_t s1[3];fread(s1,sizeof(stu_t),3,fp);int i = 0;for(i = 0;i < 3;i++){printf("name = %s\n",s1[i].name);printf("sno = %d\n",s1[i].sno);printf("score = %.2f\n",s1[i].score);}fclose(fp);return 0;
}

cat_fread_fwrite.c

#include<stdio.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if(argc != 2){printf("Usag: %s <filename>\n",argv[0]);}FILE *fp = fopen(argv[1],"r");if(fp == NULL){perror("fopen fail");return -1;}char buf[1024];int ret = 0;while(ret =fread(buf,sizeof(char),1024,fp))fwrite(buf,sizeof(char),ret,stdout);fclose(fp);putchar('\n');return 0;
}

（七）文件偏移量  rewind

int  fseek(FILE* stream,long offset,int whence);
   功能:
       定位文件 
   参数:
      @stream  表示要操作文件 
      @offset  表示文件偏移量 
      @whence  定位的参考点 
               SEEK_SET //相对于文件开头的 
                  offset >=0 
               SEEK_CUR //相对于当前位置
                  offset>=0
                  offset<0   //不能超过这个文件开头
               SEEK_END //相对于文件末尾 
                  offset < 0  //不能超过这个文件开头
                  offset >= 0 //可以  --- 创建 空洞 文件
   返回值:
      成功 0
      失败 -1
 

fseek(fp,100,SEEK_SET);//fseek(fp,0,SEEK_SET);//定位到开头 fseek(fp,0,SEEK_END);//定位到末尾

应用：

 创建空洞文件: 
     1.做偏移 
     2.写操作

#include<stdio.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if(argc != 2){printf("Usage: %s <filename>\n",argv[0]);return -1;}FILE *fp = fopen(argv[1],"r");if(fp == NULL){perror("file fail");return -1;}if(fseek(fp,100,SEEK_END) != 0){perror("fseek fail");return -1;}fputc('A',fp);fclose(fp);return 0;
}

（八）   long ftell(FILE*stream);

功能:
       获得当前文件的偏移量 
   void rewind(FILE*stream);
   功能:
       将文件偏移量设置到文件开头 

         获得某个文件的大小:
  1. fseek(fp,0,SEEK_END);//定位到末尾
  2. long len =ftell(fp); 

              实现 cp功能

#include<stdio.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if(argc != 3){printf("Usage: %s <src> <dest>\n",argv[0]);return -1;}FILE *fp1 = fopen(argv[1],"r");if(fp1 == NULL){perror("file fail");return -1;}fseek(fp1,0,SEEK_END);long len = ftell(fp1);FILE *fp2 = fopen(argv[2],"w");if(fp2 ==NULL){perror("file fail");return -1;}fseek(fp2,len-1,SEEK_SET);fputc('\0',fp2);rewind(fp1);rewind(fp2);char buf[len];fread(buf,sizeof(buf),1,fp1);fwrite(buf,sizeof(buf),1,fp2);fclose(fp1);fclose(fp2);return 0;
}

六、缓存

缓存 设计的目的提高效率  
本质上来说 ---缓存其实就是一块内存空间

行缓冲，1k， terminal，主要用于人机交互stdout
    
    缓存区满或者遇到\n刷新    1024
                行缓存多是关于终端的一些操作
                1.遇到\n刷新
                2.缓存区满刷新
                3.程序结束刷新
                4.fflush刷新  fflush(stdout);
                
全缓冲，4k，主要用于文件的读写
    缓存区满刷新缓存区 4096
            对普通文件进行标准IO操作，建立
            的缓存一般为全缓存
            刷新条件:
                1.缓存区满刷新
                2.程序结束刷新
                3.fflush来刷新  fflush(fp);
无缓冲，0k  主要用于出错处理信息的输出 stderr 
    不对数据缓存直接刷新
    printf();==>>stdout 
    fprintf(strerr,"fopen error %s",filename);
                界面交互    出错处理

./a.out < main.c   //< 表示输入重定向 
./a.out > main.c   //> 表示输出重定向 

七、作业

1、统计一个文件中出现英文字母出现的次数

#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if(argc != 2){printf("Usage: %s <filename>\n",argv[0]);return -1;}int fd = open(argv[1],O_RDONLY);if(fd < 0){perror("file fail");return -1;}unsigned char ch;int n[26] = {0};while(read(fd,&ch,1) != 0){if(ch >= 'a' && ch <= 'z'){n[ch - 'a']++;}else if(ch >= 'A' && ch <= 'Z'){n[ch - 'A']++;}}int i = 0;for(i = 0;i < 26;i++){printf("%c:%d\n",i+'a',n[i]);}close(fd);return 0;
}

二、完成两个图片的拼接

把第一个有色点写入第二个文件，使第二个文件和第三个文件的图片一样

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>#pragma pack(1)   //保证结构体的紧凑，编译器指令，控制成员的对齐方式为按１字节对齐
typedef struct
{unsigned char b;unsigned char g;unsigned char r;
} pixel;int pixel_white(pixel p)
{return (p.r == 255 && p.g == 255 && p.b == 255);
}int main(int argc, const char *argv[])
{//参数检查if(argc != 3){printf("Usage: %s <file1.bmp> <file2.bmp>\n",argv[0]);return -1;}//打开文件（进入二进制读写模式）FILE *fp1 = fopen(argv[1],"rb+");FILE *fp2 = fopen(argv[2],"rb+");if(fp1 == NULL || fp2 == NULL){perror("file fail");return -1;}//跳过５４字节头文件if(fseek(fp1,54,SEEK_SET ) || fseek(fp2,54,SEEK_SET)){perror("fseek fail");return -1;}//读取并比较像素pixel p1,p2;long pos = 54; //记录当前文件位置while(1){size_t read1 = fread(&p1,sizeof(pixel),1,fp1);size_t read2 = fread(&p2,sizeof(pixel),1,fp2);if(read1 != 1 || read2 != 1)break;if(pixel_white(p2)){fseek(fp2,pos,SEEK_SET);   //回退文件指针fwrite(&p1,sizeof(pixel),1,fp2);fflush(fp2);}pos += sizeof(pixel);  //更新位置}fclose(fp1);fclose(fp2);return 0;
}

把两个图片拼接成第三个

#include <stdio.h>
// ./a.out 1.bmp 2.bmp 3.bmp
int main(int argc, const char *argv[])
{if (argc != 4){printf("usage: %s <src1.bmp> <src2.bmp> <dest.bmp>\n", argv[0]);return -1;}FILE *fp1 = fopen(argv[1], "r");FILE *fp2 = fopen(argv[2], "r");FILE *fp3 = fopen(argv[3], "w");if (fp1 == NULL || fp2 == NULL || fp3 == NULL){perror("open fail");return -1;}unsigned char head1[54];unsigned char head2[54];unsigned char body1[600*800*3];unsigned char body2[600*800*3];fread(head1, sizeof(unsigned char), 54, fp1);fread(body1, sizeof(unsigned char), 600*800*3, fp1);fread(head2, sizeof(unsigned char), 54, fp2);fread(body2, sizeof(unsigned char), 600*800*3, fp2);int i = 0;for (i = 0; i < 600 * 800 * 3; ++i){if (!((body1[i] == 255 && body1[i+1] == 255 && body1[i+2] == 255)){body2[i] = body1[i];body2[i+1] = body1[i+1];body2[i+2] = body1[i+2];}}fwrite(head2, sizeof(char), 54, fp3);fwrite(body2, sizeof(char), 600*800*3, fp3);fclose(fp1);fclose(fp2);fclose(fp3);return 0;
}