基于Linux的文件操作（socket操作）

1. 文件描述符
基本概念
- 文件描述符的定义：
- 标准文件描述符：
- 文件描述符的分配：
2. 文件描述符操作
- 打开文件
- 读取文件中的数据

在linux中，socket也被认为是文件的一种，因此在网络数据传输过程中自然可以使用文件I/O的相关函数。

而在Windows中，是要区分socket和文件的，所以在Windows中需要特殊的数据传输相关的函数。

1. 文件描述符

文件描述符（File Descriptor，简称 FD）是操作系统内核用来管理和访问文件的抽象概念。它是一个非负整数，标识每个进程中已打开的文件、套接字等资源。以下是对文件描述符相关知识的总结：

基本概念

文件描述符的定义：

文件描述符是一个整数，代表一个已经打开的文件或其他输入/输出资源（如套接字、管道等）。
每个进程都有自己独立的文件描述符表。

标准文件描述符：

标准输入（stdin）：文件描述符 0，通常关联到键盘输入。
标准输出（stdout）：文件描述符 1，通常关联到屏幕输出。
标准错误（stderr）：文件描述符 2，通常关联到错误信息输出。

文件描述符的分配：

当进程打开一个新的文件时，系统分配下一个未使用的最小整数作为文件描述符，从 3 开始递增。
例如，标准输入、输出和错误分别占用了文件描述符 0、1、2，第一个打开的文件会被分配文件描述符 3。

2. 文件描述符操作

打开文件

使用 open 系统调用打开文件并返回文件描述符

#include <fcntl.h>

int open(const char *pathname, int flags);

pathname：指向要打开的文件路径的字符串。
flags：一个整数值，用于指定文件的打开模式和访问模式。常用的标志有：

O_RDONLY：以只读模式打开文件。
O_WRONLY：以只写模式打开文件。
O_RDWR：以读写模式打开文件。
O_CREAT：如果文件不存在，则创建它。
O_EXCL：与 O_CREAT 一起使用，如果文件已存在，则返回错误。
O_TRUNC：如果文件存在，并且以写模式打开，则将文件长度截断为 0。
O_APPEND：以追加模式打开文件，写操作将追加到文件的末尾。

返回值：

成功时，open 返回文件描述符（一个非负整数）。
失败时，open 返回 -1，并设置 errno 以指示错误类型。

示例：（代码来自TCP/IP网络编程尹圣雨（韩）p10）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

void error_handling(char *message);

int main(void)
{
    int fd;
    char buf[] = "Let's go!\n";

    fd = open("data.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);
    if (fd == -1)
        error_handling("open() error!");

    printf("file descriptor: %d \n", fd);

    if (write(fd, buf, sizeof(buf)) == -1)
        error_handling("write() error!");

    close(fd);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

代码解析：

int fd;：定义一个文件描述符变量 fd。
char buf[100];：定义一个字符数组 buf，用于存储从文件中读取的数据。
fd = open(“data.txt”, O_RDONLY);：打开 data.txt 文件，以只读模式（O_RDONLY）打开。
如果 open 函数返回 -1，表示打开文件失败，调用 error_handling 函数输出错误信息并终止程序。
printf(“file descriptor: %d \n”, fd);：输出文件描述符 fd。
if (read(fd, buf, sizeof(buf)) == -1)：从文件中读取数据到 buf 中。
read 函数返回读取的字节数，如果返回 -1，表示读取失败，调用 error_handling 函数输出错误信息并终止程序。
printf(“file data: %s”, buf);：输出读取到的数据。
close(fd);：关闭文件描述符 fd。

fd = open("data.txt", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC);

代表文件打开模式，目录下无data.txt，所以将创建空文件，并只能写

if (write(fd, buf, sizeof(buf)) == -1)

向对应的fd中保存的文件描述符的文件传输buf中保存的数据

在linux下运行结果：

读取文件中的数据

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

此函数定义中，size_t 是通过 typedef 声明的 unsigned int 类型，对于 ssize_t 来说，size_t 前面多加的 s 代表 signed，即 ssize_t 是通过 typedef 声明的 signed int 类型

参数解释：

fd：文件描述符，表示要读取的打开文件。它是通过之前的 open 函数或其他函数（如 pipe）获得的。
buf：指向一个缓冲区的指针，读取的数据将被存储在这个缓冲区中。
count：要读取的字节数，指定从文件中最多读取多少字节的数据到缓冲区 buf 中。

返回值：

成功时，返回读取的字节数（类型为 ssize_t），这可能小于 count，如果遇到文件结尾（EOF）。
如果返回值是 0，表示已到达文件结尾。
失败时，返回 -1，并设置 errno 以指示具体的错误类型。

代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

void error_handling(char *message);

int main(void)
{
    int fd;
    char buf[100];

    fd = open("data.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1)
        error_handling("open() error!");

    printf("file descriptor: %d \n", fd);

    if (read(fd, buf, sizeof(buf)) == -1)
        error_handling("read() error!");

    printf("file data: %s", buf);
    close(fd);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}