【Linux】 基础IO——自己实现文件接口FILE

@toc 模仿c库，封装一个简化的文件接口 file

1. 创建Makefile---

创建Makefile

testfile: main.c mystdio.c
    gcc -o $@ $^
.PHONY:clean
clean:
    rm -f testfile

2. mystdio.h ——接口的声明，创建MY_FILE结构体，内部包含文件描述符fd，输出缓冲区outputbuffer、flags刷新方法

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通过C库中fopen、fwrite、fclose接口的实现，设计自己的接口

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3. mystdio.c —— 接口的实现1. MY_fopen的实现1.识别标志位 实现了读、写、追加方式

2. 尝试打开文件若想打开文件，需要调用open函数

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若需要创建文件，则需调用第二个open函数。由于open中的mode参数受umask影响，所以设置一个默认的mode。若不需要创建文件，则调用第一个open函数。

3. 给用户返回MY_FILE对象，需要先创建对象判断对象是否创建成功，若失败需要将文件关闭。

4.初始化MY_FILE对象 将结构体MY_FILE内部的fd赋值为open函数打开的返回值fd。刷新方法设置成行缓冲，outputbuffer缓冲区中全部初始化为0，current代表缓冲区中没有数据。

5.返回打开的文件当关闭文件的时候，fclose（FILE*）将C语言当中的文件指针传进来。当关闭文件的时候，C要自己帮助我们进行冲刷缓冲区。为了方便表述，在MY_FILE结构体添加current变量。

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current代表下次写入时应该写入的位置，如outputbuffer中有5个字符，对应下标0 1 2 3 4，所以current代表下标5。

2.MY_close 的实现冲刷缓冲区自己实现一个fflush(刷新缓冲区)，叫做MY_fflush

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判断缓冲区是否有数据，若有数据就刷新出去。

3. MY_fwrite的实现缓冲区为ptr，单个单元的大小为size，nmemb代表想要写入几个单元，写入对应的流中。实际上是往缓冲区里写的。

1.缓冲区如果已经满了，就直接写入流中刷新流的缓冲区。

2.根据缓冲区剩余情况，进行拷贝 共分为两种情况，若剩余空间足够，则调用if语句，将用户从ptr拷贝的数据全部拷贝给缓冲区，同时由于缓冲区加入user_size个字节，要更新current的位置。若剩余空间不足够，则调用else语句，将从ptr拷贝的数据填满剩余空间即可，同时由于缓冲区加入MY_size个字节，要更新current的位置。

通过调用writen代表实际写了多少字节，为了充当最后的返回值。

3. 开始计划刷新主要分为全刷新和行刷新两种情况，其他不考虑。全刷新判断缓冲区是否满了，若满了则直接刷新缓冲区。行刷新判断是否遇见\n，若遇见\n则直接刷新缓冲区。

对之前内容清空为了防止出现每次打印都会有之前的内容情况，所以刷新之后要清空。

在这种情况下，之前的内容会被打印出来。

将current置为0后，下次写入就可以覆盖上次缓冲区内容。

4. 整体代码1. main.c

#include"mystdio.h"
#include
#include
#define MYFILE "log.txt"
int main()
{
  MY_FILE*fp=MY_fopen(MYFILE,"w");
  if(fp==NULL) return 1;
  const char*str="hello world";
  int cnt=5;
  //操作文件
  while(1)
  {
    char buffer[1024];
    snprintf(buffer,sizeof(buffer),"%s:%d\n",str,cnt--);
    size_t size=MY_fwrite(buffer,strlen(buffer),1,fp);
    sleep(1);
    printf("当前成功写入:%lu个字节\n",size);
  }
  MY_fclose(fp);
  return 0;
}

2. mystdio.h

#include
#define NUM 1024
#define BUFF_NONE 0x1 //表示无缓冲
#define BUFF_LINE 0x2 //行缓冲
#define BUFF_ALL 0x4  //全缓冲
typedef struct MY_FILE
{
  int fd;//文件描述符
  int flags;//刷新方法
  char outputbuffer[1024];//输出缓冲区
  int current;
}MY_FILE;
MY_FILE *MY_fopen(const char *path, const char *mode);//自己写fopen
size_t MY_fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb,  MY_FILE *stream);//自己写的fwrite
int MY_fclose(MY_FILE *fp);//自己写的fwrite
int MY_fflush  (MY_FILE*fp);//自己实现的缓冲区

3. mystdio.c

#include"mystdio.h"
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
MY_FILE*MY_fopen(const char *path, const char *mode)//自己写fopen
{
  int flag=0;
  if(strcmp(mode,"r")==0)//说明当前使用读方式打开文件
    flag |= O_RDONLY;//读取
  else if(strcmp(mode,"w")==0)
    flag |=(O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);//创建文件 以写的方式打开文件  清空文件
  else if(strcmp(mode,"a")==0)
    flag |=(O_CREAT | O_WRONLY | O_APPEND); //创建文件 以写的方式打开文件 追加
  else {
    //其他不考虑
  }
  //2. 尝试打开文件
  mode_t m=0666;
  int fd=0;
  //flag代表模式 r w a
  if(flag & O_CREAT)
    fd=open(path,flag,m);
  else
    //说明不需要打开
    fd=open(path,flag);
  if(fd<0) return NULL;
  //3. 给用户返回MY_FILE对象，需要先创建对象
  MY_FILE *mf = (MY_FILE*)malloc(sizeof(MY_FILE));
  if(mf == NULL) {
    close(fd);
    return NULL;
  }
  //4. 初始化MY_FILE对象
  mf->fd=fd;//将上述的fd传入结构体的fd中
  mf->flags=0;
  mf->flags=BUFF_LINE;//设置成行缓冲
  memset(mf->outputbuffer,'\0',sizeof(mf->outputbuffer));//将outputbufeer中的内容全部初始化为0
  mf->current=0;//代表缓冲区中没有数据
  return mf;
}
size_t MY_fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb,MY_FILE *stream)
{
  // 1. 缓冲区如果已经满了，就直接写入
  if(stream->current == NUM) MY_fflush(stream);
  // 2. 根据缓冲区剩余情况，进行数据拷贝即可
  size_t user_size = size * nmemb;
  size_t my_size = NUM - stream->current; // 100 - 10 = 90
  size_t writen = 0;
  if(my_size >= user_size)
  {
    memcpy(stream->outputbuffer+stream->current, ptr, user_size);
    //3. 更新计数器字段
    stream->current += user_size;
    writen = user_size;
  }
  else
  {
    memcpy(stream->outputbuffer+stream->current, ptr, my_size);
    //3. 更新计数器字段
    stream->current += my_size;
    writen = my_size;
  }
  // 4. 开始计划刷新, 他们高效体现在哪里 -- TODO
  // 不发生刷新的本质，不进行写入，就是不进行IO,不进行调用系统调用，所以MY_fwrite函数调用会非常快,数据会暂时保存在缓冲区中
  // 可以在缓冲区中积压多份数据，统一进行刷新写入，本质：就是一次IO可以IO更多的数据，提高IO效率
  if(stream->flags & BUFF_ALL)
  {
    if(stream->current == NUM) MY_fflush(stream);
  }
  else if(stream->flags & BUFF_LINE)
  {
    if(stream->outputbuffer[stream->current-1] == '\n') MY_fflush(stream);
  }
  else
  {
    //TODO
  }
  return writen;
}
int MY_fflush(MY_FILE *fp)
{
  assert(fp);
  int n= write(fp->fd,fp->outputbuffer,fp->current);//将缓冲区中的current个数传入fd中
  fp->current=0;
  return 0;
}
int MY_fclose(MY_FILE *fp)//自己写的fwrite
{
  assert(fp);//首先要保证fp不为空
  //1. 冲刷缓冲区
  if(fp->current>0)//说明缓冲区有数据
    MY_fflush(fp);
  //2. 关闭文件
  close(fp->fd);
  //3.释放堆空间
  free(fp);
  //4.指针置为NULL
  fp=NULL;
  return 0;
}