Unix 的设计哲学之一，就是 everything is a file,可见文件是如此的重要。

文件分类

  • 按文件的逻辑结构：
    • 记录文件：由具有一定结构的记录组成（定长和不定长）
    • 流式文件：由一个个字符（字节）数据顺序组成
  • 按存储介质：
    • 普通文件：存储介质文件（磁盘、磁带等）
    • 设备文件：非存储介质（键盘、显示器、打印机等）
  • 按数据的组织形式：
    • 文本文件：以 ASCII 码格式存放，一个字节存放一个字符。 文本文件的每一个
      字节存放一个 ASCII码，代表一个字符。这便于对字符的逐个处理，但占用存储空间
      较多，而且要花费转换时间。
    • 二进制文件：以值（补码）编码格式存放。二进制文件是把数据以二进制数的格
      式存放在文件中的，其占用存储空间较少。 数据按其内存中的存储形式原样存放。

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文件的标识

  • 每个文件都以文件名为标识，I/O设备的文件名是系统定义的，如：
  • COM1或AUX——第一串行口，附加设备
  • COM2——第二串行口，此外，还可能有COM3、COM4等
  • CON——控制台（console），键盘（输入用）或显示器（输出用）
  • LPT1或PRN——第一并行口或打印机
  • LPT2——第二并行口，还可能有LPT3等
  • NUL——空设备
  • 磁盘文件可以由用户自己命名，但上述被系统（windows和dos下均是如此）保留的设备名字不能用作文件名，如不能把一个文件命名为CON（不带扩展名）或CON.TXT（不带扩展名）。

流概念

  • 流是一个动态的概念，可以将一个字节形象地比喻成一滴水，字节在设备、文件和程序之间的传输就是流，类似于水在管道中的传输，可以看出，流是对输入输出源的一种抽象，也是对传输信息的一种抽象。通过对输入输出源的抽象，屏蔽了设备之间的差异，使程序员能以一种通用的方式进行存储操作，通过对传输信息的抽象，使得所有信息都转化为字节流的形式传输，信息解读的过程与传输过程分离。
  • C语言中，I/O操作可以简单地看作是从程序移进或移出字节，这种搬运的过程便称为流(stream)。程序只需要关心是否正确地输出了字节数据，以及是否正确地输入了要读取字节数据，特定I/O设备的细节对程序员是隐藏的。

文件处理方法

  • 缓冲文件系统：高级文件系统，系统自动为正在使用的文件开辟内存缓冲区
  • 非缓冲文件系统：低级文件系统，由用户在程序中为每个文件设定缓冲区

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为什么要有缓冲区（buffer）原因为多种，有两个重点：

  • 从内存中读取数据比从文件中读取数据要快得多。
  • 对文件的读写需要用到open、read、write等系统底层函数，而用户进程每调用
    一次系统函数都要从用户态切换到内核态，等执行完毕后再返回用户态，这种切
    换要花费一定时间成本（对于高并发程序而言，这种状态的切换会影响到程序性
    能）。

举个例子，如果程序需要处理 10K 个整数（或者 10K 个字符串等等），而这些整
数事先存在某个文件中，如果程序每处理一个整数就要从文件中读一个整数（read系
统调用），那么每次都要进行硬件 I/O、进程状态切换等操作，这样效率是非常低下的。
如果每次从文件中读出 1K 个整数到内存，程序从内存中读取数据并处理，那么程序的
性能会明显提高，存储这 1K个整数的内存区域就是一个缓冲区。

  1. #include <stdio.h> // linux code
  2. int main()
  3. {
  4.     while (1)
  5.     {
  6.         printf("abcdefg"); //缓冲区满，则会写入文件。
  7.         usleep(10000);
  8.     }
  9.     return 0; // 也可以通过fclose 和 fflush刷缓冲的
  10. }

文件结构体

FILE 结构体是对缓冲区和文件读写状态的记录者，所有对文件的操作，都是通过
FILE结构体完成的。

  1. typedef struct {
  2.     short level;           /* 缓冲区满/空程度 */
  3.     unsigned flags;        /* 文件状态标志 */
  4.     char fd;               /* 文件描述符 */
  5.     unsigned char hold;    /* 若无缓冲区不读取字符 */
  7.     short bsize;           /* 缓冲区大小 */
  8.     unsigned char *buffer; /* 数据传送缓冲区位置 */
  9.     unsigned char *curp;   /* 当前读写位置 */
  11.     unsigned istemp;       /* 临时文件指示 */
  12.     short token;           /* 用作无效检测 */
  13. } FILE ;                   /* 结构体类型名 FILE */

在开始执行程序的时候，将自动打开 3个文件和相关的流：标准输入流(stdin)、标
准输出流(stdout)和标准错误(stderr)。流提供了文件和程序的通信通道。

文件类型指针

  • 指针变量说明：FILE *fp;
  • 用法：文件打开时，系统自动建立文件结构体，并把指向它的指针返回来，程序通过这个指针获得文件信息,访问文件，文件关闭后，它的文件结构体被释放。

通过文件指针指向输出流，输出到屏幕上：

  1. File *fp = stdout;
  2. fputs("你好，天朝", fp); //写到显示器