应用程序开发方式

在Linux下开发应用程序可以调用两种接口来实现，一种是直接调用系统调用接口，另一种是调用库函数来实现。

1、什么是系统调用？

系统调用（System Call）是操作系统提供的服务，是应用程序与内核通信的接口。Linux提供的系统调用包含的内容有：文件操作、进程控制、系统控制、内存管理、网络管理、socket套接字、进程间通信、用户管理等。

相对于普通的函数调用来说， 系统调用的性能消耗也是巨大的。 所以在追求极致性能的程序中， 都在尽力避免系统调用。

2、C库函数

C标准库头文件如下：

Linux环境下， 使用的C库一般都是glibc， 它封装了几乎所有的系统调用， 代码中使用的“系统调用”， 实际上就是调用C库中的函数。 因为C库函数通过系统调用来实现，库函数对上层提供了C库接口。比如文件操作：

实例：文件操作

Linux下文件操作应用程序结构如下：

Linux下，“一切皆文件”。为了使不同的文件系统共存， Linux 内核在用户层与具体文件系统之前增加了虚拟文件系统（VFS）中间层，它对复杂的系统进行抽象化，对用户提供了统一的文件操作接口。

1、文件操作：系统调用

（1）实操

代码：

/* 文件操作：系统调用 */
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    int fd;                /* 文件描述符 */
    char rd_buf[50] = {0}; /* 读数据buf  */ 
    
    /* 以读写的方式打开文件demo0_test，若文件不存在则创建文件 */
    fd = open("demo0_test", O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, S_IRWXU);
    if (NULL == fd)
    {
        printf("Open file error!\n");
        return 0;
    }
    
    /* 往文件中写数据 */
    write(fd, "helllo world\n", strlen("helllo world\n"));
    
    /* 移动文件指针至文件开头 */
    lseek(fd, 0, SEEK_SET);
    
    /* 读出文件数据并打印 */
    read(fd, rd_buf, 50);
    printf("Read data: %s\n", rd_buf);
    
    /* 关闭文件 */
    close(fd);
    
    return 0;
}

运行结果：

（2）接口说明

open函数：

? pathname：要打开或创建的文件名；

? flag：指定文件的打开方式，具体有以下参数，见下表 flag 参数值。

? mode：当 open 函数的 flag 值设置为 O_CREAT 时，必须使用 mode 参数来设置文件与用户相关的 权限。 mode 可用的权限如下表所示，表中各个参数可使用” | “来组合。

read函数：

? fd：文件对应的文件描述符 ；

? buf：指向数据缓冲区的指针；

? count：读取多少个字节的数据。

write函数：

? fd：文件对应的文件描述符；

? buf：指向数据缓冲区的指针；

? count：往文件中写入多少个字节。

close函数：

关闭 fd 文件描述符对应的文件。

lseek 函数：

lseek 函数可以用与设置文件指针的位置，并返回文件指针相对于文件头的位置。 其中的 offset 参数用于指定位置， whence 参数则定义了 offset 的意义， whence 的可取值如下：

? SEEK_SET： offset 是一个绝对位置。

? SEEK_END： offset 是以文件尾为参考点的相对位置。

? SEEK_CUR： offset 是以当前位置为参考点的相对位置。

2、文件操作：C库函数

（1）实操

代码：

/* 文件操作：c库函数 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
?
int main(void)
{
    FILE *fp;              /* 文件描述符 */
    char rd_buf[50] = {0}; /* 读数据buf  */ 
    
    /* 以读写的方式打开文件demo1_test，若文件不存在则创建文件 */
    fp = fopen("demo1_test", "w+");
    if (NULL == fp)
    {
        printf("Open file error!\n");
        return 0;
    }
    
    /* 往文件中写数据 */
    fwrite("hello world\n", 1, strlen("helllo world\n"), fp);
    
    /* 同步缓冲区：把缓冲区数据立即写入文件 */
    fflush(fp);
    
    /* 移动文件指针至文件开头 */
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);
    
    /* 读出文件数据并打印 */
    fread(rd_buf, 50, 1, fp);
    printf("Read data: %s\n", rd_buf);
    
    /* 关闭文件 */
    fclose(fp);
    
    return 0;
}

运行结果：

（2）接口说明

fopen函数：

? pathname 参数用于指定要打开或创建的文件名。

? mode 参数用于指定文件的打开方式，注意该参数是一个字符串，输入时需要带双引号：

?“r”：以只读方式打开，文件指针位于文件的开头。

?“r+”：以读和写的方式打开，文件指针位于文件的开头。

?“w”：以写的方式打开，不管原文件是否有内容都把原内容清空掉，文件指针位于文件的开头。

?“w+”：同上，不过当文件不存在时，前面的” w”模式会返回错误，而此处的” w+”则会创建新文件。

?“a”：以追加内容的方式打开，若文件不存在会创建新文件，文件指针位于文件的末尾。与” w+”的区 别是它不会清空原文件的内容而是追加。

?“a+”：以读和追加的方式打开，其它同上。

? fopen 的返回值是 FILE 类型的文件文件流，当它的值不为 NULL 时表示正常，后续的 fread、 fwrite 等函数可通过文件流访问对应的文件。

fopen 的 mode 与 open 的 flags 参数关系：

fread 函数：

stream 是使用 fopen 打开的文件流， fread 通过它指定要访问的文件，它从该文件中读取 nmemb 项数据，每 项的大小为 size，读取到的数据会被存储在 ptr 指向的数组中。 fread 的返回值为成功读取的项数（项的单位 为 size）。

fwrite 函数：

它的操作与 fread 相反，把 ptr 数组中的内容写入到 stream 文件流，写入的项数为 nmemb，每项大小为size，返回值为成功写入的项数（项的单位为 size）。

fclose 函数：

fclose 库函数用于关闭指定的文件流，关闭时它会把尚未写到文件的内容都写出。因为标准库会对数据进行缓冲，所以需要使用 fclose 来确保数据被写出。

fflush 函数：

fflush 函数用于把尚未写到文件的内容立即写出。常用于确保前面操作的数据被写入到磁盘上。 fclose 函数本 身也包含了 fflush 的操作。

fseek 函数：

其中的 offset 参数用于指定位置， whence 参数则定义了 offset 的意义， whence 的可取值如下：

? SEEK_SET： offset 是一个绝对位置。

? SEEK_END： offset 是以文件尾为参考点的相对位置。

? SEEK_CUR： offset 是以当前位置为参考点的相对位置。

以上就是本次的分享，如有错误，欢迎指出！

相关参考书籍：

《Linux环境编程：从应用到内核》

《野火Linux开发实战指南》

《嵌入式Linux上的C语言编程实践》