【Linux】简单设计libc库

news2025/5/15 17:06:14

📝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

🎬个人简介：努力学习ing
📋个人专栏：Linux
🎀CSDN主页愚润求学
🌄其他专栏：C++学习笔记，C语言入门基础，python入门基础，C++刷题专栏

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 once
  2 
  3 #define MAXSIZE 1024
  4 
  5 #define FLUSH_N 0
  6 #define FLUSH_L 1
  7 #define FLUSH_F 2
  8 
  9 struct IO_FILE
 10 {
 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 }