信息安全系统设计与实现课程第九章课程笔记

1.笔记内容

9.1 I/O库函数

I/O库函数是在C和C++编程中广泛使用的文件操作函数，用于进行输入和输出操作。它们是构建在系统调用之上的高级接口，提供了更方便和高效的文件操作方法。

9.2 I/O库函数与系统调用

在了解I/O库函数之前，我们首先需要了解系统调用，因为I/O库函数在内部依赖于系统调用。系统调用是操作系统提供的底层文件操作接口，主要包括以下函数：

open()：用于打开文件。
read()：用于从文件读取数据。
write()：用于向文件写入数据。
lseek()：用于设置文件读/写指针的位置。
close()：用于关闭文件。
I/O库函数是建立在系统调用之上的，它们包括：

fopen()：用于打开文件并返回一个文件指针。
fread()：用于从文件中读取二进制数据。
fwrite()：用于向文件中写入二进制数据。
fseek()：用于在文件中移动读/写指针的位置。
fclose()：用于关闭文件。
这些函数提供了更高级别的抽象，使文件操作更容易管理和使用。

9.3 I/O库函数的算法

I/O库函数背后有不同的实现算法，下面我们简要介绍其中一些：

fread()算法：fread()函数从用户程序接收调用，同时向操作系统内核发出read()系统调用，以从文件中读取一定数量的数据，并将读取的数据存储到指定的内存位置中。

fwrite()算法：与fread()类似，但数据传输方式不同。当结构体缓冲区为空时，调用fwrite()将数据写入内部缓冲区，并调整缓冲区指针、计数器和状态变量，跟踪缓冲区字节数。当缓冲区满时，发出write()系统调用，将整个缓冲区写入操作系统内核。

fclose()算法：如果文件以写入方式打开，fclose()首先关闭文件流的局部缓冲区，然后发出close(fd)系统调用来关闭FILE结构体中的文件描述符，最终释放结构体并将指针重置为NULL。

9.4使用I/O库函数或系统调用

在使用文件时，你可以选择使用I/O库函数或系统调用，具体取决于你的需求。下面是一些关于文件操作的常见用法：

fopen()中的模式参数可以指定为："r"、"w"、"a"，分别代表读、写、追加。每个模式字符串可以包含一个+号，表示同时读和写，或者在写入或追加时，如果文件不存在，则创建文件。

"r+"表示读/写，不会截断文件。

"w+"表示读/写，但会先截断文件；如果文件不存在，会创建文件。

"a+"表示通过追加进行读/写；如果文件不存在，会创建文件。

9.5 I/O模式库

除了二进制模式的I/O，C语言还提供了字符模式I/O函数，用于以字符为单位进行文件操作。以下是一些常见的字符模式I/O函数：
int fgetc(FILE *fp)：从文件中读取一个字符并返回其ASCII码值。通常，EOF（文件结束符）用于表示文件的末尾。
int ungetc(int c, FILE *fp)：将之前通过fgetc()获取的字符重新放回流中，以便之后再次读取。
int fputc(int c, FILE *fp)：将字符写入文件中。

这些函数通常用于文本文件的读取和写入操作，而不是二进制数据。
除了上述函数外，还有一些其他有用的I/O库函数，包括：
fseek()、ftell()、rewind()：用于更改文件流中的读/写字节位置和获取当前位置，以及将文件指针重置为文件的开头。
feof()、ferror()、fileno()：用于测试文件流的状态，检查文件是否到达末尾或发生错误，以及获取文件描述符。
fdopen()：用于使用文件描述符打开文件流。
freopen()：以新名称重新打开现有的流。
setbuf()、setvbuf()：用于设置文件流的缓冲方案。
popen()：用于创建管道，复刻子进程来调用shell。