linux fopen open

by · 2019年12月19日 · 4294 Words · ~9min reading time | Improve on


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每天进步一点点——Linux中的文件描述符与打开文件之间的关系_linux,文件描述符_Cynric 的博客-CSDN博客

1. 来源

从来源的角度看，两者能很好的区分开，这也是两者最显而易见的区别：

  • open是UNIX系统调用函数（包括LINUX等），返回的是文件描述符（File Descriptor），它是文件在文件描述符表里的索引。
  • fopen是ANSI C标准中的C语言库函数，在不同的系统中应该调用不同的内核api。返回的是一个指向文件结构的指针。

PS:从来源来看，两者是有千丝万缕的联系的，毕竟C语言的库函数还是需要调用系统API实现的。

2. 移植性

这一点从上面的来源就可以推断出来，fopen是C标准函数，因此拥有良好的移植性；而open是UNIX系统调用，移植性有限。如windows下相似的功能使用API函数CreateFile。

3. 适用范围

  • open返回文件描述符，而文件描述符是UNIX系统下的一个重要概念，UNIX下的一切设备都是以文件的形式操作。如网络套接字、硬件设备等。当然包括操作普通正规文件（Regular File）。
  • fopen是用来操纵普通正规文件（Regular File）的。

4. 文件IO层次

如果从文件IO的角度来看，前者属于低级IO函数，后者属于高级IO函数。低级和高级的简单区分标准是：谁离系统内核更近。低级文件IO运行在内核态，高级文件IO运行在用户态。

5. 缓冲

  1. 缓冲文件系统

    缓冲文件系统的特点是：在内存开辟一个“缓冲区”，为程序中的每一个文件使用；当执行读文件的操作时，从磁盘文件将数据先读入内存“缓冲区”，装满后再从内存“缓冲区”依此读出需要的数据。执行写文件的操作时，先将数据写入内存“缓冲区”，待内存“缓冲区”装满后再写入文件。由此可以看出，内存“缓冲区”的大小，影响着实际操作外存的次数，内存“缓冲区”越大，则操作外存的次数就少，执行速度就快、效率高。一般来说，文件“缓冲区”的大小随机器 而定。fopen, fclose, fread, fwrite, fgetc, fgets, fputc, fputs, freopen, fseek, ftell, rewind等。

  2. 非缓冲文件系统

    缓冲文件系统是借助文件结构体指针来对文件进行管理，通过文件指针来对文件进行访问，既可以读写字符、字符串、格式化数据，也可以读写二进制数据。非缓冲文件系统依赖于操作系统，通过操作系统的功能对文件进行读写，是系统级的输入输出，它不设文件结构体指针，只能读写二进制文件，但效率高、速度快，由于ANSI标准不再包括非缓冲文件系统，因此建议大家最好不要选择它。open, close, read, write, getc, getchar, putc, putchar等。

一句话总结一下，就是open无缓冲，fopen有缓冲。前者与read, write等配合使用， 后者与fread,fwrite等配合使用。

使用fopen函数，由于在用户态下就有了缓冲，因此进行文件读写操作的时候就减少了用户态和内核态的切换（切换到内核态调用还是需要调用系统调用API:read，write）；而使用open函数，在文件读写时则每次都需要进行内核态和用户态的切换；表现为，如果顺序访问文件，fopen系列的函数要比直接调用open系列的函数快；如果随机访问文件则相反。

这样一总结梳理，相信大家对于两个函数及系列函数有了一个更全面清晰的认识，也应该知道在什么场合下使用什么样的函数更合适，效率更高。

一、open函数

函数原型：int open(const char *path, int access, int mode);
参数解释：
path：要打开的文件路径和名称。
access：访问模式，宏定义和含义如下：
– O_RDONLY（1）：只读打开；
– O_WRONLY（2）：只写打开；
– O_RDWR（4）：读写打开；
还可选择以下模式与以上3种基本模式相与：
– O_CREAT（0x0100）创建一个文件并打开；
– O_TRUNC（0x0200）打开一个已存在的文件并将文件长度设置为0，其他属性保持；
– O_EXCL（0x0400）未使用；
– O_APPEND（0x0800）追加打开文件；
– O_TEXT（0x4000）打开文本文件翻译CR-LF控制字符；
– O_BINARY（0x8000）打开二进制字符，不作CR-LF翻译；
mode：该参数仅在access=O_CREAT方式下使用，其取值如下：
– S_IFMT（0xF000）：文件类型掩码；
– S_IFDIR（0x4000）：目录；
– S_IFIFO（0x1000）：FIFO 专用；
– S_IFCHR（0x2000）：字符专用；
– S_IFBLK（0x3000）：块专用；
– S_IFREG（0x8000）：只为0x0000；
– S_IREAD（0x0100）：可读；
– S_IWRITE（0x0080）：可写；
– S_IEXEC（0x0040）：可执行；
二、fopen函数

函数原型：FILE *fopen(char *filename, char *mode);
参数解释：
– filename：文件名称。
– mode：打开模式：
r：只读方式打开一个文本文件（该文件必须存在）；
r+：可读可写方式打开一个文本文件（该文件必须存在）；
w：只写方式打开一个文本文件（若文件存在则文件长度清为0，即该文件内容会消失。若文件不存在则建立该文件）；
w+：可读可写方式创建一个文本文件（若文件存在则文件长度清为零，即该文件内容会消失。若文件不存在则建立该文件）；
a：追加方式打开一个文本文件（若文件不存在，则会建立该文件，如果文件存在，写入的数据会被加到文件尾，即文件原先的内容会被保留。（EOF符保留））；
a+：可读可写追加方式打开一个文本文件（若文件不存在，则会建立该文件，如果文件存在，写入的数据会被加到文件尾后，即文件原先的内容会被保留。 （原来的EOF符不保留））；
rb：只读方式打开一个二进制文件（使用法则同r）；
rb+：可读可写方式打开一个二进制文件（使用法则同r+）；
wb：只写方式打开一个二进制文件（使用法则同w）；
wb+：可读可写方式生成一个二进制文件（使用法则同w+）；
ab：追加方式打开一个二进制文件（使用法则同a）；
ab+：可读可写方式追加一个二进制文件（使用法则同a+）；
返回参数： 文件顺利打开后，指向该流的文件指针就会被返回。若果文件打开失败则返回NULL，并把错误代码存在errno 中。一般而言，打开文件后会作一些文件读取或写入的动作，若打开文件失败，接下来的读写动作也无法顺利进行，所以在fopen()后请作错误判断及处理。
三、两者的区别

前者属于低级IO，后者是高级IO。
前者返回一个文件描述符，后者返回一个文件指针。
前者无缓冲，后者有缓冲。
前者与 read, write 等配合使用， 后者与 fread, fwrite等配合使用。
后者是在前者的基础上扩充而来的，在大多数情况下，用后者。
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《Linux系统调用：fileno,fdopen》_yexiangCSDN的专栏-CSDN博客

函数fopen()就是返回打开文件的指针。其实文件描述符和文件指针是可以互相转换的。这要通过fdopen和fileno两个函数实现。它们都包含在头文件stdio.h中。先看fdopen的原型：

FILE * fdopen(int filedes, const char *opentype);
第一个参数filedes是一个打开的文件描述符，opentype是表示打开方式的字符串，和fopen函数具有相同的取值，比如"w"或"w+"等。但是你必须保证该字符串的描述和文件实际的打开方式是匹配的。
文件返回一个新的文件流（stream）的指针。如果操作失败，返回空指针null。

把文件流指针转换成文件描述符用fileno函数，其原型为：

int fileno(FILE *stream);
它返回和stream文件流对应的文件描述符。如果失败，返回-1。
以前知道，当程序执行时，就已经有三个文件流打开了，它们分别是标准输入stdin，标准输出stdout和标准错误输出stderr。和流式文件相对应的是，也有三个文件描述符被预先打开，它们分别是0，1，2，代表标准输入、标准输出和标准错误输出。
需要指出的是，上面的流式文件输入、输出和文件描述符的输入输出方式不能混用，否则会造成混乱。所以上面的函数使用的机会并不多。以后会讲到使用的场合。

相关函数： open, fopen
表头文件：#include
定义函数： int fileno(FILE *stream)
函数说明：fileno()用来取得参数stream指定的文件流所使用的文件描述词
返回值 ：返回文件描述词
范例：

#include <stdio.h>
main()
{
    FILE  *fp;
    int  fd;
    fp = fopen("/etc/passwd", "r");
    fd = fileno(fp);
    printf("fd = %d\n", fd);
    fclose(fp);
}

一、介绍
库函数: fileno(),fdopen(). 作用是混合使用库函数和系统函数调用进行文件的I/O操作。 

#include

//将一个文件流中对应打开的文件描述符fd返回
int fileno(FILE *stream);
参数：

stream: fopen之类的函数打开的文件流

返回值:

正确返回文件描述符fd，一般不会错误除非无效的流，返回-1，并设置errno为EBADF

// 给定一个文件描述符和mode创建一个使用该描述符对应的流，与fileno相反
FILE *fdopen(int fd, const char *mode);
参数:

fd: open函数打开的文件描述符
mode: 参考fopen函数的mode

返回值:

正确返回流，错误返回NULL并设置errno

注意：
1.mode必须是fopen中的mode
2.w”和“w+”不导致文件截断，因为截断是文件打开时的动作，而在此情形下，文件已经被打开。
3.fdopen()建立的新流的文件位置与描述字fd的文件位置相同，且流的错误指示器和文件结束指示器均被清除。
   fdopen()的实质是为已打开的文件描述字提供标准I/O缓冲。
4.fileno()函数返回与流stream相连的文件描述字。利用它可以确定流的底层文件描述字。
    例如，当调用dup()或fcntl()时就需要知道与流相连的文件描述字。

二、实例

#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
 
int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd;
	int nfd;
	FILE * fp;
	int ret;
	char *filename = "fileno_fdopen.txt";
	FILE *fdopen(int fd, const char *mode);
	int fileno(FILE *stream);
 
	fd = open(filename, O_RDWR|O_CREAT,066);
	if( fd < 0 )
	{
		printf("open %s error! \n",filename);
		return -1;
	}	
 
	printf("fd = %d \n",fd);
 
	errno = 0;
	fp = fdopen(fd,"wr+");
	if(fp ==NULL && errno!=0)
	{
		printf("fdopen error ! \n");
		return -1;
	}
 
	printf("fp = %p errno = %d \n",fp,errno);
 
#if 1
	//库写函数通过流写数据
	ret = fwrite("Hello",1,strlen("Hello"),fp);
	if(ret != strlen("Hello"))
	{
		printf("fwrite error ! \n");
		return -1;
	}
 
	//写完刷新数据
	fflush(fp);
#endif	
	errno = 0;
	// 再把转换的流转为fd
	nfd = fileno(fp);
	if(nfd == -1 && errno!=0)
	{
		printf("fileno error ! \n");
		return -1;
	}
 
	// 对比fd是否一样
	printf("nfd = %d , before fd = %d \n",nfd,fd);
 
	write(nfd,"World\n",strlen("World\n"));
 
	// 系统调用同步
	fsync(nfd);
	
	close(nfd);
	return 0;
}

yexiang@ubuntu:<_IO>$ ./a.out
fd = 3
fp = 0x1793420 errno = 0
nfd = 3 , before fd = 3
yexiang@ubuntu:<_IO>$ sudo cat fileno_fdopen.txt

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