0723------Linux基础----------文件 IO 之 read 和 write （readn 、writen、readline）

浏览数：47 / 时间：2015年06月20日

1. readn 和 writen

　　1.1 基础巩固： read 和 write 函数的返回值

　　　　1.1.1 read 函数原型为：ssize_t read(int fd, void* buf, size_t count); （这里的 void *在标准 C 中表示通用指针即任意类型的指针都可以对它赋值，ssize_t 是有符号整数）它的返回值如下：

　　　　　　a）成功返回读取的字节数，这里可能等于 count 或者小于 count （当 count > 文件 size 的时候，返回实际读到的字节数）；

　　　　　　b）刚开始读就遇到EOF 则返回 0；

　　　　　　c）读取失败返回 -1，并设置相应的 errno。

　　　　1.1.2 write 函数的原型为：ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); 它的返回值如下：

　　　　　　a）成功返回写入的字节数，这里同上；

　　　　　　b）写入失败返回 -1，并设置相应的 errno；

　　　　　　c）当返回值为0 时，表示什么也没有写进去，这种情况在socket编程中出现可能是因为连接已关闭，在写磁盘文件的时候一般不会出现。

　　1.2 为什么要封装一个readn 函数和 writen 函数，现有的read 函数和 write 含有有什么缺陷？

　　　　这个是因为在调用read（或 write）函数的时候，读（写）一次的返回值可能不是我们想到读的字节数（即read函数中的 count 参数），这经常在读取管道，或者网络数去时出现。

　　1.3 readn 函数和 writen 函数

　　　　1.3.1 readn保证在没有遇到EOF的情况下，一定可以读取n个字节。它的返回值有三种：

　　　　　　a） >0，表示成功读取的字节数，如果小于n，说明中间遇到了EOF；

　　　　　　b）==0 表示一开始读取就遇到EOF；

　　　　　　c） -1 表示错误（这里的errno绝对不是EINTR）。

　　　　1.3.2 writen函数保证一定写满n个字节，返回值：

　　　　　　a）n 表示写入成功n个字节

b）-1 写入失败（这里也没有EINTR错误）

　　1.3.3 源码如下，举例说明，当在while循环中调用readn(fd, buf, 20)去读取一个大小为55字节的文件时，会调用 4 次该readn函数

　　　　a）第一次返回 20；

　　　　b）第二次返回 20；

　　　　c）第三次返回 15（这里在readn函数内部会调用2次read函数，第一次只能读15字节，因为到EOF了，此时还差5字节，再读的的时候read直接返回0）；

　　　　d）第四次返回 0 ，表示文件读完，跳出 while ，不会在进入 while 内部。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#define ERR_EXIT(m)     do {         perror(m);        exit(EXIT_FAILURE);    }while(0)

/*
 * readn 和 wirten 函数
 */

ssize_t readn(int fd, void *buf, int n);
ssize_t writen(int fd, void *buf, int n);


/*
 * 这里 readn 函数成功返回读取的字节数
 * 如果字节数小于n 一定是遇到了 EOF
 * 出错返回 -1 这里的错误一定不包含 EINTR
 * 一开始就遇到EOF 返回0
 */

ssize_t readn(int fd, void *buf, int n){
    size_t nleft = n; //还需要读取的字节数
    char *bufptr = buf; //指向read函数当前存放数据的位置
    ssize_t  nread;

    while(nleft > 0){
        if((nread = read(fd, bufptr, n)) < 0){
            if(errno == EINTR){ //遇到中断
                continue;
            }
            else            // 其他错误
                return -1;
        }
        else if(nread == 0){ // 遇到EOF
            break;
        }

        nleft -= nread;
        bufptr += nread;
    }

    return (n - nleft);
}
/*
 * 这里的 writen 必须写满 n 个字节
 * 少于 n 就属于错误
 * 返回 n  或者 -1
 */

ssize_t writen(int fd, void *buf, int n){
    size_t nleft = n;
    char *bufptr = buf;
    ssize_t nwrite;

    while(nleft > 0){
        if((nwrite = write(fd, bufptr, n)) <= 0){
            if(errno == EINTR)
                nwrite = 0;
            else
                return -1;
        }

        nleft -= nwrite;
        bufptr += nwrite;
    }

    return n; //  注意这里必须是 n 因为这里保证了 n 字节都被写入
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
    char buf[20] = {0};
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if(fd == -1){
        ERR_EXIT("open");
    }

    int ret;
    while(printf("-----call readn----\n"), (ret = readn(fd, buf, 20)) > 0){
        writen(STDOUT_FILENO, buf, ret);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

2. readline 函数

　　2.1 readline函数：ssize_t readline(int fd, void *usrbuf, size_t maxlen)，它的返回值：

　　　　a）错误返回-1，不包括EINTR；

　　　　b）取过程中碰到\n；

　　　　c）没有碰到\n，而是读满maxlen-1个字节。

　　2.2 源码。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#define ERR_EXIT(m)     do {         perror(m);        exit(EXIT_FAILURE);    }while(0)

/*
 * 用 read 实现 readline 函数 每次读取一个字节 判断是不是 \n
 *
 */

ssize_t readline(int fd, void *usrbuf, size_t maxlen){
    char *bufptr = usrbuf;
    char c;
    size_t nleft = maxlen - 1; // 为\0 预留一个位置
    int nread;

    while(nleft > 0){
        if((nread = read(fd, &c, 1)) <  0){
            if(errno == EINTR){
                continue;
            }
            else
                return -1;
        }
        else if(nread == 0){ //EOF
            break;
        }

        *bufptr++ = c;
        nleft --;

        if(c == ‘\n‘){ //遇到 \n 就结束
            break;
        }
    }

    *bufptr = ‘\0‘;
    return (maxlen - 1 - nleft);
}


int main(int argc, const char *argv[])
{
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if(fd == -1){
        ERR_EXIT("open");
    }
    char buf[1024] = {0};
    int ret;
    while((ret = readline(fd, buf, 1000)) > 0){
        printf("ret = %d\nbuf = %s",ret, buf);
    }
    return 0;
}

　　2.3 readn、writen、readline属于同一个系列，称为网络编程三大函数。

3. RIO 一个用缓冲区实现的IO系统

　　3.1 RIO中rio_read函数的编写思想：

　　　　a）采用预读取方案，提前把数据读入Buffer;

　　　　b）每当用户取数据的时候，从Buffer里面读取，而不是使用系统调用read函数，这样减少了多次使用系统调用的开销。

　　 3.2 rio_read函数的编写原则：必须与系统的 read 函数保持语义一致，这意味着rio_read的返回值有三种情况：

　　　　a) -1代表出错，这里不包含EINTR；

　　　　b) 0代表EOF，读取结束；

　　　　c) >0表示读取的字节数。

　　3.3 源码实现见。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#define ERR_EXIT(m)     do {         perror(m);        exit(EXIT_FAILURE);    }while(0)
#define BUF_LEN 8192

/*
 * RIO 一个带有缓冲区的IO系统
 * 每次读取都从缓冲区中读取 而不是系统调用
 *
 */

typedef struct{
    int fd_;     //要读取的fd
    size_t nleft_;  // 缓冲区剩余可用的数据字节数
    char *bufptr_;  //指向剩余可用数据的起止地址
    char buffer_[BUF_LEN];
}Rio_t;

void rio_init(Rio_t *rp, int fd);
ssize_t rio_read(Rio_t *rp, void *usrbuf, size_t n);
ssize_t rio_readn(Rio_t *rp, void *usrbuf, size_t n);
ssize_t rio_readline(Rio_t *rp, void *usrbuf, size_t maxline);
ssize_t rio_writen(int fd, void *usrbuf, size_t n);



void rio_init(Rio_t *rp, int fd){ //初始化一个RIO
    rp->fd_ = fd;
    rp->nleft_ = 0;
    rp->bufptr_ = rp->buffer_;
}

ssize_t rio_read(Rio_t *rp, void *usrbuf, size_t n){ //将数据预读取入 buffer中

    int nread;
    while(rp->nleft_ == 0){  // 当前缓冲区中没有可用的数据
        if((nread = read(rp->fd_, rp->buffer_, sizeof(rp->buffer_))) < 0){
            if(errno == EINTR){
                continue;
            }
            else
                return -1;
        }
        else if(nread == 0){ // EOF
            return 0;
        }
        rp->nleft_ = nread;
        rp->bufptr_ = rp->buffer_;//重置缓冲区指针
    }
    // 此时缓冲区中已经有数据
    int cnt = n;

    if(rp->nleft_ < n) //缓冲区可提供的字节数小于用户要求的字节数
        cnt = rp->nleft_;

    memcpy(usrbuf, rp->bufptr_, cnt);

    rp->nleft_ -= cnt; //读取后 可用字节数减少
    rp->bufptr_ += cnt;

    return  cnt;
}

ssize_t rio_readn(Rio_t *rp, void *usrbuf, size_t n){
    char *bufptr = usrbuf;
    size_t  nleft = n;
    size_t  nread;

    while(nleft > 0){
        if((nread = rio_read(rp, bufptr, nleft)) == -1){ //neft
            return -1;
        }
        else if(nread == 0){
            break;
        }

        nleft -= nread;
        bufptr += nread;
    }
    return (n - nleft);

}

ssize_t rio_readline(Rio_t *rp, void *usrbuf, size_t maxline){
    size_t nleft = maxline - 1;
    char *bufptr = usrbuf;
    char c;
    int nread;

    while(nleft > 0){
        if((nread = rio_read(rp, &c, 1)) == -1)
            return -1;
        else if(nread == 0){
            break;
        }
        *bufptr++ = c;
        nleft --;

        if(c == ‘\n‘)
            break;
    }
    *bufptr = ‘\0‘;
    return (maxline - 1 - nleft);
}

ssize_t rio_writen(int fd, void *usrbuf, size_t n){
    char *bufptr = usrbuf;
    size_t nleft = n;
    size_t nwrite;

    while(nleft > 0){
        if((nwrite = write(fd, bufptr, n)) < 0){
            if(errno == EINTR)
                continue;
            else
                return -1;
         }

        nleft -= nwrite;
        bufptr += nwrite;
    }
    return n;
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
    Rio_t  r;
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);
    if(fd == -1){
        ERR_EXIT("open");
    }

    rio_init(&r, fd);
    int ret;
    char buf[50] = {0};
    while((ret = rio_readline(&r, buf, 50)) >0){
        rio_writen(STDOUT_FILENO, buf, ret);
    }
    return 0;
}