1.系统调用接口和库函数的关系
- 函数：fopen fclose fread fwrite 都是c标准库当中的函数，也就是用户操作接口中ibc
- 系统调用：open close read write 都是系统调用提供的接口
c语言中接口底层封装的都是系统调用接口
FILE* stdin stdout stderr 都是c语言封装的结构体，必定封装特定文件描述符fd
2.文件描述符fd
文件描述符fd（File Descriptor） 是一个用于表示打开文件、套接字、管道或设备等资源的整数。在Linux中，所有执行I/O操作的系统调用都通过文件描述符来完成。
文件描述符的主要用途是允许程序对文件进行各种操作，如读写、关闭等。在程序刚启动的时候，默认有三个文件描述符，分别是：
- 0：标准输入（stdin）
- 1：标准输出（stdout）
- 2：标准错误（stderr）
这些文件描述符都是预定义的，可以直接使用。
在Linux系统中，文件描述符是一个非负整数，用于指代被打开的文件。所有执行I/O操作的系统调用都通过文件描述符来完成。程序刚刚启动的时候，默认有三个文件描述符，分别是0（代表标准输入），1（代表标准输出），2（代表标准错误）。如果此时去打开一个新的文件，它的文件描述符会是3。
当我们创建文件时，操作系统要创建相应的数据结构来描述目标文件，结构体file就表示一个已经打开的文件对象。进程要调用open打开文件，需要通过PCB(task_struct)中的file*，找到指向的一张表file_struct，这个表最重要有一个指针数组，每一个指针指向file。本质上，文件描述符就是这个数组的下标，拿着文件描述符就可以找到对应的文件。
Linux下一切皆文件
struct file中除了上面的变量之外，其实还有函数指针，指向一个一个硬件的读(read)写(write)方法，通过结构体file就可以调用硬件，所以在Linux下一切皆文件。
3.dup2系统调用
dup2 是一个在 Linux 系统中常用的系统调用，用于复制一个已存在的文件描述符，使其引用另一个文件描述符。如果目标文件描述符（第二个参数）已经打开，那么 dup2 会先关闭它，然后再进行复制操作。
- 如果oldfd不是有效的文件描述符，调用失败，不关闭newfd
- 如果oldfd是有效的文件描述符，newfd是和oldfd一样的，然后dup2()什么都不做，并且返回newfd
本质就是用oldfd覆盖newfd
4. 模拟c语言的文件函数
c语言中当调用fwirte/printf/fputs函数时，其实是写入c语言自带的缓冲区，当遇到换行或者自带的缓冲区满了就会调用write系统接口，再写入文件的缓冲区。在减少fwrite时，减少调用write的调用，聚集数据一次性拷贝，调高整体效率，有效的提高c的使用效率。
缓冲区就是一块内存空间，本质就是用空间换取时间
- 定义了一个结构体MyFILE，定义字符数组表示缓冲区，pos存储了多少数据，cap表示最大容量，fileno表示文件描述符，flushmode表示刷新模式（NONE_FLUSH，LINE_FLUSH，FULL_FLUS）。
- my_open函数用于打开文件，设置一下掩码为0（umask的解释在这篇文章），通过调用open返回fd，然后为MyFILE动态开辟空间。
- my_fflush函数用于刷新缓冲区，把缓冲区的数据通过系统调用写入文件的缓冲区。内核会在适当的时候（例如，当缓冲区满时，或者当显式请求刷新缓冲区时）将数据从内核缓冲区写入磁盘。
- my_write函数把数据写入缓冲区中
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#define MAXCAP 1024
#define NONE_FLUSH (1<<1)//不缓冲
#define LINE_FLUSH (1<<2)//行缓冲
#define FULL_FLUSH (1<<3) //全缓冲
typedef struct MyFILE
{
char buffer[MAXCAP];//缓冲区
int pos;//存储了多少数据
int cap;//容量是多少
int fileno;
int flushmode;//刷新模式
}MyFILE;
MyFILE* my_fopen(const char *path, const char *mode)
{
umask(0);
int fd = -1;
if(strcmp(mode,"r")==0)
fd = open(path,O_RDONLY);
else if(strcmp(mode,"w")==0)
fd = open(path,O_WRONLY|O_TRUNC|O_CREAT,0666);
else if(strcmp(mode,"a")==0)
fd = open(path,O_WRONLY|O_APPEND|O_CREAT,0666);
else
return NULL;
MyFILE* fp = (MyFILE*)malloc(sizeof(MyFILE));
if(fp==NULL) return NULL;
fp->fileno = fd;
fp->pos = 0;
fp->cap = MAXCAP;
fp->flushmode = LINE_FLUSH;
return fp;
}
void my_fflush(MyFILE* fp)
{
if(fp->pos==0) return;
write(fp->fileno,fp->buffer,fp->pos);
fp->pos = 0;
}
size_t my_fwrite(const void *ptr, size_t size,MyFILE* fp)
{
memcpy(fp->buffer,ptr,size);
fp->pos += size;//每次写入增加size长度
if((fp->flushmode & LINE_FLUSH) && fp->buffer[fp->pos-1] == '\n')
my_fflush(fp);
else if((fp->flushmode&LINE_FLUSH) && fp->pos == fp->cap)
my_fflush(fp);
return size;
}
void my_fclose(MyFILE *fp)
{
close(fp->fileno);
free(fp);
}