文件 IO
一、总述
Linux 中除网口外 “一切皆文件”，文件操作分为两类：标准文件 IO（C 语言标准库函数）和系统文件 IO（操作系统直接提供的接口）。
二、标准文件 IO
定义：基于 C 语言标准库的文件操作函数，封装了底层细节。
核心函数（含功能、参数、返回值）：
| 函数名 | 功能说明 | 参数 | 返回值 |
|---|---|---|---|
| fopen | 以指定方式打开文件 | path（文件路径及名）、mode（打开方式，如 r、w、a 等） | 成功返回 FILE 指针，失败返回 NULL 且设置 errno |
| fread | 读取文件数据 | ptr（存储数据的地址）、size（每次读取字节数）、nmemb（读取次数）、stream（FILE 指针） | 返回完整读取的 nmemb 数 |
| fwrite | 向文件写入数据 | ptr（待写入数据地址）、size（每次写入字节数）、nmemb（写入次数）、stream（FILE 指针） | 返回完整写入的 nmemb 数 |
| fclose | 关闭文件 | stream（待关闭的 FILE 指针） | 成功返回 0，失败返回 EOF 且设置 errno |
| fseek | 移动文件指针 | stream（FILE 指针）、offset（偏移字节数）、whence（基准位置：SEEK_SET/SEEK_CUR/SEEK_END） | 成功返回 0，失败非 0 |
| ftell | 获取当前文件指针位置 | stream（FILE 指针） | 返回相对于文件头的字节数 |
| rewind | 将文件指针定位到文件开头 | stream（FILE 指针） | 无返回值（等效于 fseek (stream, 0, SEEK_SET)） |
| remove | 删除指定文件 | pathname（文件路径） | 成功返回 0，失败返回 - 1 |
| rename | 重命名文件 | old（原名称）、new（新名称） | 成功返回 0，失败返回 - 1 |
其他常用函数：fputc、fputs、putc、putchar、puts（写入字符 / 字符串）；fgetc、fgets、getc、getchar（读取字符 / 字符串）。
三、系统文件 IO
定义：操作系统直接提供的接口，直接与内核交互。
核心函数：open、read、write、close（文档未详细说明参数及返回值，仅列出名称）。
四、标准文件 IO 与系统文件 IO 的差异
| 对比项 | 标准文件 IO | 系统文件 IO |
|---|---|---|
| 缓存机制 | 默认使用缓冲区，数据先写入缓冲区，满足条件后执行实际操作；作用是减少系统调用次数，提升效率 | 无默认缓冲区，每次操作均为系统调用，效率较低 |
| 跨平台性 | 接口由 C 标准定义，与操作系统无关，同一代码可跨平台运行，跨平台性强 | 接口由操作系统决定，不可跨平台 |
| 操作对象 | 操作对象为FILE*（封装了文件描述符、缓冲区等信息） | Linux 下操作对象为文件描述符，Windows 下为句柄 |
| 使用场景 | 通常用于用户态下的操作 | 一般用于底层设备驱动文件等控制 |
关键问题
问题：标准文件 IO 和系统文件 IO 的核心差异体现在哪些方面？两者的效率为何有差异？ 答案：核心差异体现在四方面：①缓存机制（标准 IO 有默认缓冲区，系统 IO 无）；②跨平台性（标准 IO 强，系统 IO 弱）；③操作对象（标准 IO 为 FILE*，系统 IO 在 Linux 下为文件描述符）；④使用场景（标准 IO 用于用户态，系统 IO 用于底层控制）。效率差异源于缓存机制：标准 IO 通过缓冲区减少系统调用次数，降低内核态与用户态切换开销，因此效率更高；系统 IO 每次操作直接调用内核，开销大，效率较低。
问题：使用 fopen 函数时，不同打开方式（r、w、a 等）的核心区别是什么？ 答案：fopen 的打开方式决定了文件的操作权限和指针初始位置：①r/r+：只读 / 读写，文件必须存在，指针始于文件头；②w/w+：只写 / 读写，文件不存在则创建，存在则清空，指针始于文件头；③a/a+：追加 / 读 + 追加，文件不存在则创建，写操作指针始于文件尾，a + 的读操作指针始于文件头。
问题：在实际开发中，如何选择使用标准文件 IO 还是系统文件 IO？ 答案：需根据场景判断：①若需跨平台开发（如同时适配 Linux 和 Windows），优先选标准文件 IO；②若操作底层设备（如驱动文件）或需要直接与内核交互，选择系统文件 IO；③若追求用户态操作效率（减少系统调用），标准文件 IO 更合适；④若需精确控制 IO 过程（无缓存干扰），可选用系统文件 IO。