《Linux 高级编程》

文章目录

• • linux 常用工具简介：
  • • tar打包器---解压缩指令：
    • 常用命令：
    • 可执行文件查看（代码段，数据段，bss段）：
    • 堆和栈的区别：
  • 常见内存错误说明：
  • 内存分配相关理解：
  • • 1.内存分配方式：
    • 2.动态分配常用函数及说明：
    • • 2.1 malloc & free:
      • 2.2 realloc:
      • 2.3 calloc()：
      • 2.4 alloca (）:
    • 3 内存常用管理函数：
    • • 3.1 memcpy():
      • 3.2 memmove():
      • 3.3 memset():
      • 3.4 memchr()
      • 3.5 memcmp()：
  • 文件与文件流及相关操作函数：
  • • 1.文件存储及操作分类：
    • 2.标准流及流主要功能：
    • 3.文件流指针：
    • 4.缓冲区类型及指定：
    • • 4.1缓冲区分类：
      • 4.2 缓冲区指定函数：
    • 5 ANSI C文件I/O操作：
    • • 5.1 fopen()打开文件：
      • 5.2 关闭文件fclose() /fcloseall()：
      • 5.3 更新缓冲区内容fflush：
      • 5.4 字符读操作：
      • 5.5 字符写操作，标准流中写一个字符：
      • 5.6 行读出操作：
      • 5.7 行写入操作：
      • 5.8 块读出操作：
      • 5.9 块写入操作：
      • 5.10 feof() 文件末尾检测函数：
      • 5.11 ferror() 函数判断给定流是否错误：
      • 5.12 clearerr() 清除错误标识位
      • 5.13 ftell() 返回当前读写位置：
      • 5.14 fseek() 修改当前读写位置。
      • 5.15 rewind() 重置当前读写位置

《Linux 高级程序设计》

• UNIX 操作系统于1969 年在AT&T贝尔实验室实现。收取少量费用供其它开发者使用修改。

• 加州大学伯克利分校计算机系统研究小组CSRG 借助UNIX 对操作系统研究，改进，包括撰写更好的内存管理等，组成完整的BSD-UNIX 系统向外发行。

• Linux 由操纵系统发展而来，由Linux Torvalds 和网络黑客从0编写。是一套开源代码，但遵循GNU 的GPL.（因为不限制商家对自由软件进一步开发，因此出现ubutu, redhat 等多个linux发行版）

• GUN 项目开发很多高质量编程工具（如emacs,gcc,g++）,所有GNU软件和派生工作均使用GNU 通用公共许可证（GPL）。

• posix 标准表示可移植操作系统接口，不局限于UNIX 。posix 提供源代码级别的C语言应用编程接口，如read/write. posix 1.0 和 posix2.0 分别定义了兼容操作系统的C语言系统接口以及工具标准。

• 库函数和系统调用：库函数完成常见功能，系统调用通常与操纵系统有关，库函数最终一般还是会调用系统函数。系统函数会从用户模式切换为内核模式，然后使用系统资源。

• glibc 函数库：c语言并没有为常见的操作，如输入/输出，内存管理等提供内置支持。这些功能一般由标准函数库来提供。GNU 的函数库glibc 是Linxu 最重要的函数库，定义ISOC 标准所有库函数以及posix附加特色及GNU其他扩展。

• 在线文档查询： 命令行man xxx, 工具软件则是用info(m/n/p/q 等指令).

• 获取错误信息方法：当系统调用出错时会返回-1, 错误信息记载在全局errno 中。 有关errno定义在/usr/include/asm/errno.h 中。

  ERERM	0 :没有操作权限
  ENOENT	1：文件或目录不存在
  ESRCH	3：没有此程序
  EINTR	4：系统调用中断
  EI0	5：I/0错误

  错误打印输出函数，一般使用perror(“hxg”); 后面自动会将错误信息打印输出。也可以使用strerror 将错误打印到标准输出。

linux 常用工具简介： tar打包器—解压缩指令：

解压缩指令：

• tar -cvf filename.tar xxxfile //将xxxfile 打包成filename.tar
• tar -xvf filename.tar //解压打包文件
• tar -cjvf filename.tar.bz2 xxxfile //将xxx file 用bz2 压缩并打包
• tar -xjvf filename.tar.bz2 //强filename.tar.bz2 解压缩
• tar -czvf filename.tar.gz directory/file 将file用gzip压缩并打包
• tart -xzvf filename.tar.gz //解压一个gzip格式的Tar 文件。

常用命令：

1. expand 如expand -t 4 hello.c 将hello.c 的制表符设置为4个空格
2. grep 搜索字符串
   1. -i: 不区分大小写
   2. -I：只首次匹配
   3. -n: 输出前加匹配串所在行的行号
3. find 查找文件

可执行文件查看（代码段，数据段，bss段）：

gcc -o test hello.c

$: ls test -l 查看文件test的属性

$: file test 列出ELF 格式； ELF 格式可执行文件存储时分为代码区（text）,数据区（data）和未初始化数据区bss 3个部分。 也可以readelf -a test 读取test 详细的elf 信息。

• 代码区：CPU可执行的指令，通常为只读。被const声明的变量以及字符串常量在代码段中申请空间。
• 数据段：已被初始化的全局变量或已初始化的静态变量（静态全局变量和静态局部变量），或者数据常量。
• BSS 区（未初始化的数据区）：未初始化的全局变量和静态变量。
• 局部变量是运行中在栈中分配。

堆和栈的区别：

• 管理方式不同：栈操作由系统自动管理完成，而堆工作由程序员管理控制
• 空间大小不同：系统预先设定栈顶和大小，当申请空间超出栈剩余空间时，将出现栈溢出错误。堆是向搞地质扩展，不连续的内存。
• 产生碎片不同：频繁使用malloc、free 会产生大量碎片，使得程序效率降低。
• 分配方式不同：堆由malloc 和free 分配释放，而栈动态分配有alloca() 完成且其由编译器自动申请和方式，无需手工。
• 分配效率不同： 堆分配效率较低。

常见内存错误说明：

• 拒绝返回局部变量地址。
• 操作系统加载某个应用程序时，分配一定大小的栈空间。避免申请过大局部变量以出现栈溢出。
• 动态内存管理常见错误：
  • 申请和释放函数不一致！ 使用C申请就是用C释放，使用C++申请就使用C++释放
  • 申请和释放大小不一致！ 申请多少就释放多少
  • 释放后仍然读写！ 释放后内存不应再读写。

内存分配相关理解： 1.内存分配方式：

• 静态分配：编译器在编译源代码时分配，如全局和静态变量。程序执行前分配，效率高。可直接使用变量名字操作。
• 动态分配：程序执行时调用malloc() 库函数申请。程序执行时分配，效率低。使用指向内存的指针是使用动态内存的唯一方法。

2.动态分配常用函数及说明： 2.1 malloc & free:

说明：

• malloc()分配连续存储的空间，返回该空间的首地址；当剩余空间不足时，返回NULL

• free()与malloc()配套使用，用于释放malloc分配的内存。

特点：

• malloc 分配的内存使用完需要使用free释放
• 不要使用free释放非malloc 分配的内存
• 内存首地址返回的指针不要进行加减操作再free，否则会引发问题
• 不能两次释放相同的指针
• 内存释放后，指向内存的指针应该被赋值为NULL。

2.2 realloc:

说明：

• 在堆中更改已经分配的内存空间。extern void *realloc(void *ptr,size_t size);

特点：

• 当前内存段后面拥有足够内存空间则直接扩展这段内存空间，返回原指针
• 如果当前内存段后空闲字节不够，就重新寻找满足的内存块，并将目前数据copy到新位置，原始数据块释放(即释放原来指针realloc()的参数指针)，返回新内存块地址。
• 如果申请失败，则返回NULL.

2.3 calloc()：

说明：

• 是malloc的简单包装，特点是将动态分配的内存初始化为0.

2.4 alloca (）:

说明：

• 在栈中分配size个字节的内存空间，函数返回时自动释放掉该空间。

3 内存常用管理函数： 3.1 memcpy():

extern void* memcpy(void* des, const void* src,size_t n)

• 从src copy n 个字节数据到des地址。
• 类似strncpy()只是strncpy() 参数为char* 类型。
• 类似bcopy()， 只是bcopy 多用于网络编程中。

3.2 memmove():

extern void* memmove(void* dest, void* src,size_t n)

• 类似memcpy ,当dest 和src 没有重合时，与memcpy相同
• 当dest与src 有重叠时，先处理再将src copy n 字节到dest.

3.3 memset():

extern void * memset(void *s, int _c, size_t _n)

• 将s开始后面n位的值设置为c,执行成功返回s首地址。
• 类似bzero()函数，bzero(s,n); 将s开始n字节设置为0

3.4 memchr()

extern void* memchr(const void* _s, int _c,size_t _n)

• 在s中的前n个字节中查找c第一次出现的位置

3.5 memcmp()：

extern int memcmp(const void* s1, void* s2, size_t _n)

• 比较s1 和 s2 前n个字节是否相同
• s1=s2 返回0， s1s2 返回1
• 类似strncmp() 函数

文件与文件流及相关操作函数： 1.文件存储及操作分类：

文件存储分类：

• 文本文件：ASCLL文件，文本文件存储量大，速度慢。文件以EOF结束
• 二进制文件：存量小，速度快，便于存放中间结果

文件操作分类：

• 缓冲文件操作：在用户空间自动为使用的文件开辟内存缓冲区，通过一次系统调用读取较多数据到缓冲区，这样避免每次读写都要进行系统调用。（系统调用会将CPU从用户态切换至内核态，影响效率）。
• 非缓冲文件操作：最多只能在程序中开启缓存空间，每次读写都是一次系统调用。

2.标准流及流主要功能：

• Linux 系统中，系统默认为每个进程打开3个文件，即每个进程默认可以操作3个流，标准输入流（/dev/stdin）,标准输出流（/dev/stdout）,标准错误输出流（/dev/stderr）.
• 每个进程从标准输入流读数据，向标准输出流写数据，向标准错误输出流写错误信息。
• 可以通过重定向，修改输入流/输出流。

3.文件流指针：

在应用编程层面，程序对流的操作实际就是对文件流指针FILE的操作。操作一个文件前通过fopen()打开一个文件，返回该文件流指针且该指针与该文件关联。该文件流指针是一个文件描述符，对应的结构体可在用户空间进行访问。

4.缓冲区类型及指定： 4.1缓冲区分类：

• 全缓冲区：该缓冲区默认大小与系统定义有关，大小定义在/usr/include/libio.h。 在缓冲区满或者调用刷新函数fflush() 后才进行I.O系统调用操作。普通磁盘文件的流通常使用全缓冲区访问。
• 行缓冲区：行大小根据系统有关，通常默认128字节。当遇到换行符或缓冲区满时，行缓冲才刷新。终端使用行缓冲区古。
• 不带缓冲区：标准I/O库不对字符进行缓存。标准出错流stderr 通常是不带缓冲区的，以便错误信息能够尽快显示出来。

使 用 缓 冲 区 ， 不 需 要 每 次 进 行 标 准 I / O 处 理 时 都 使 用 系 统 I / O 调 用 color{red}{使用缓冲区，不需要每次进行标准I/O处理时都使用系统I/O调用} 使用缓冲区，不需要每次进行标准I/O处理时都使用系统I/O调用

4.2 缓冲区指定函数：

setbuf():

extern void setbuf(FILE* __stream,char* __buf);

• 第一个参数为要操作的流对象
• 第二个参数是指向BUFSIZ长度的缓冲区。如果buf设置为NULL，则关闭缓冲区。
• 执行成功范围0，否则返回非0

setvbuf():

extern int servbuf(FILE* __stream, char* __buf, int __modes, size_t __n);

• 第一个参数为要操作的流对象
• 第二个参数buf指向一个长度为n大小的缓冲区
• 第三个参数为缓冲区类型 ；#define _IOFBF 0 全缓冲；#define _IOLBF 1 行缓冲；#define _IonBF 2 无缓冲。
• 如果指定不带缓冲区的流，则buf和n参数都忽略；如果buf=NULL,则系统默认分配适当大小的缓存区。

5 ANSI C文件I/O操作： 5.1 fopen()打开文件：

extern FILE* fopen(__const char* __filename,__const char* __modes);

• 第一个参数为打开文件的绝对路径或者相对路径。
• 第二个参数为打开方式：具体如下：
  
• 函数执行成功则返回文件指针，如果文件打开失败则返回NULL

5.2 关闭文件fclose() /fcloseall()：

fclose():

extern int fclose(FILE* __stream)

• 参数为文件流指针
• 当close文件时， 操 作 系 统 会 自 动 将 缓 冲 区 的 内 容 回 写 到 文 件 color{red}{操作系统会自动将缓冲区的内容回写到文件} 操作系统会自动将缓冲区的内容回写到文件
• 成功返回0，否则返回EOF, 并设置errno 全局变量。

extern int fcloseall(void);

• 关闭所有流对象。如进程关闭时，需要关闭打开的所有流对象。

5.3 更新缓冲区内容fflush：

通过I/O系统调用将缓冲区内容写会磁盘中。

extern int fflush(FILE* __stream);

• 函数执行成功返回0，否则返回EOF,并设置标准错误error

5.4 字符读操作：

extern int fgetc(FILE * __stream); //从流中读一个字符
extern int getc(FILE *__stream);   //#define getc(_fp) _IO_getc(_fp)

• 每次系统调用只从流中读出一个字符。
• 成功返回读的内容，失败或文件结束则返回EOF(-1)
• feof() 检测是否督导结束
• ferror() 检测是否出错
• 比如fgetc(stdin) 从标准输入流读一个字符。标准输入读一个字符还可以使用getchar() //extern int getchar(void);

5.5 字符写操作，标准流中写一个字符：

extern int fputc(int __c, FILE* __stream)  //将字符c写到流stream中
extern int putc(int __c, FILE* __stream)

• 向标准输出流写一个字符可用putchar()相当于fputc(c,stdout). //extern int putchar(int __c);
• 调用成功返回内容，失败返回-1

5.6 行读出操作：

extern char* fgets(char* __s, int __n, FILE *__stream)

• 从strean 中读取n-1个字符存放到s中。
• 成功返回s,失败（到文件尾部或出错）则返回NULL，

5.7 行写入操作：

extern int fputs(__const char* __s, FILE* __stream)
extern int puts(__const char* __s)  //输出流到标准输出设备中

• fputs 将s指向的以空字符结尾的字符串写入stream中
• puts()将s指向的以空字符结尾的字符串写入标准输出
• 成功返回非负，失败返回-1

5.8 块读出操作：

extern size_t fread(void* __ptr,size_t __size, size_t __n, FILE* __stream)

• 从stream 中读取n个大小为size的对象，存放在ptr所指的内存空间。
• 返回实际读取到对象的个数，如果返回值

5.9 块写入操作：

extern size_t fwrite(__const void* __ptr, size_t __size, size_t __n, FILE *__S);

• 从ptr 中读取n个大小为size的对象写入s指向的stream中。
• 执行成功，函数返回实际写入的对象个数。

5.10 feof() 文件末尾检测函数：

extern int feof(FILE* __stream)

• ASCLL文件可以直接根据返回值是否=EOF判断
• 二进制文件需要使用该函数，返回1表示读到文件结束，否则返回0

5.11 ferror() 函数判断给定流是否错误：

extern int ferror(FILE* stream)

• 没有错误将返回0
• 否则返回错误符

5.12 clearerr() 清除错误标识位

extern void clearerr(FILE* __stream)

• feof 或ferror 执行后，如果出现错误，将设置错误标识符，执行错误处理后需要清除错误标识符。

5.13 ftell() 返回当前读写位置：

extern long int ftell(FILE* __stream)

• 成功返回流的当前读写位置距离文件开始的字节数
• 失败返回-1

5.14 fseek() 修改当前读写位置。

extern int fseek(FILE* __stream, long int __off, int__whence)

• 第一个参数为stream 流
• 第二个参数为基于修改基础的偏移量
• 第三个参数为修改位置的基准；SEEK_SET :文件开始；SEEK_CUR:当前位置；SEEK_END:文件结束位置

5.15 rewind() 重置当前读写位置

extern void rewind(FILE * __stream)

将读写指针移动到文件开头

案例：

FILE* fp_src;
fp_src=fopen("/mytest.cpp",r+);
if(fp_src==NULL)
	perror("errorn");

do{
	num=fread(buf, 1, 128, fp_src);  //读取128字节到buf中
	if(feof(fp_src)==1)
	break;
}while(1)

fclose(fp_src);