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【Linux】简单设计libc库

news 2025/7/2 21:12:14

📝前言：

经过之间两篇文章，【Linux】基础IO（一）和【Linux】基础IO（二）的学些，我们对文件的基础IO已经有了一定的理解。
这篇文章我们来简单设计一下libc库，来复习一下文件基础IO的知识

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一，综述

目标：用我们的文件实现文件的写入操作

本文主要完成三个文件的编写

mystdio.h：头文件，主要用于声明函数，提供接口
mystdio.c：源文件，用于实现头文件中声明的函数和全局变量
test.c：测试文件

二，Linux内核的_IO_FILE

如图，这就是C库里面，管理文件的结构体
在这里插入图片描述

三，mystdio.h的编写

C语言库的FILE结构体，就是struct _IO_FILE FILE结构体typedef来的
目标封装：
- IO_FILE结构体（C语言的结构体），核心参数
  - int flag ：文件的刷新方式
  - int fileno：文件描述符
  - char outbuffer[SIZE]：输出缓冲区（语言层）
  - int cap：缓冲区的总容量
  - int size：缓冲区已经使用的字节数
- myopen、mywrite、myfflush、myclose操作，模拟C语言里面库函数的调用

实现

  1 #pragma once2 3 #define MAXSIZE 10244 5 #define FLUSH_N 06 #define FLUSH_L 17 #define FLUSH_F 28 9 struct IO_FILE10 {11     int flag;12     int fileno;13     char outbuffer[MAXSIZE];14     int cap;15     int size;16 };17 18 typedef struct IO_FILE MYFILE;19 20 MYFILE* myfopen(const char* pathname, const char* mode);21 int myfwrite(const void* ptr, int num, MYFILE* stream); //void* ptr这使得 mfwrite 函数能够接受任意类型的数据缓冲区。                                                                                         22 void myfflush(MYFILE* stream);23 void myfclose(MYFILE* stream);

四，mystdio.c的编写

接口介绍

memcpy：

原型：void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t n);
- dest：目标内存区域的起始地址（需确保有足够空间）
- src：源内存区域的起始地址（只读）
- n：要复制的字节数（size_t 类型，通常由 sizeof 或手动计算得到）

fsync：

传入文件描述符，把对应的内核文件缓冲区刷新到外设（我们不用管如何刷新的，只要知道能刷新就行了）

open、close等文件的系统调用不过多赘述，如果不懂的可以这篇文章：【Linux】基础IO（一）

实现

  1 #include "mystdio.h"2 #include <string.h>3 #include <stdlib.h>4 #include <sys/stat.h>5 #include <sys/types.h>6 #include <fcntl.h>7 #include <unistd.h>8 9 MYFILE* myfopen(const char* pathname, const char* mode)10 {11     // opne时，如果对不存在的文件，那就要创建文件并且初始化FILE结构体12     int fd = -1; // 代表 open失败13     // 对于不同的打开方式，我们主要通过更新它的 FILE 来体现文件不同的状态14     if(strcmp(mode, "r") == 0)15     {16         fd = open(pathname, O_RDONLY); // 封装系统调用17     }18     else if(strcmp(mode, "w") == 0)19     {20         fd = open(pathname, O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC, 06660);21     }22     else if(strcmp(mode, "a") == 0)23     {24         fd = open(pathname, O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND, 06660);25     }26     if(fd < 0) return NULL; // 代表开失败了27     MYFILE* mf = (MYFILE*)malloc(sizeof(MYFILE)); // 申请MYFILE结构体，给新的文件28     if(!mf) // 分配失败29     {30         close(fd);31         return NULL;32     }33     mf -> fileno = fd;34     mf -> flag = FLUSH_L; // 我们默认用行刷新，简单一点35     mf -> size = 0;36     mf -> cap = MAXSIZE;37 38     return mf;39 }40 int myfwrite(const void* ptr, int num, MYFILE* stream)41 {42     // 语言层写到缓冲区，本质是拷贝                                                                                                                                                                          43     memcpy(stream->outbuffer + stream->size, ptr, num);44     stream -> size += num;45     if(stream -> size > 0 && stream -> flag == FLUSH_L && stream -> outbuffer[stream->size - 1] == '\n')46     {47         myfflush(stream);48     }49     return num;50 }51 void myfflush(MYFILE* stream)52 {53     if(stream->size > 0)54     {55         write(stream->fileno, stream->outbuffer, stream->size);56         // 刷新到外设57         fsync(stream->fileno);58         stream->size = 0;59     }60 }61 void myfclose(MYFILE* stream)62 {63     if(stream->size > 0)64     {65         myfflush(stream);66     }67     close(stream->fileno);68 }69

五，test.c测试

测试往文件log.txt里面写入信息，看是否写入成功
代码：

  1 #include "mystdio.h"2 #include <stdio.h>3 #include <string.h>4 #include <unistd.h>5 6 int main()7 {8     MYFILE* fp = myfopen("./log.txt", "a");9     if(fp == NULL)10     {11         printf("打开失败");12         return 1;13     }14     int cnt = 3;                                                                                                                                                                                             15     while(cnt)16     {17         printf("write %d\n", cnt);18         char buffer[64];19         snprintf(buffer, sizeof(buffer),"hello message, number is : %d\n", cnt);20         cnt--;21         myfwrite(buffer, strlen(buffer), fp);22         myfflush(fp);23         sleep(1);24     }25     myfclose(fp);26     return 0;27 }