Linux下的文件IO编程[通俗易懂]

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

        Linux 系统调用(system call)是指操作系统提供给用户程序的一组“特殊接口”，用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统提供的特殊服务。
        为了更好的保护内核空间，将程序的运行空间分为内核空间和用户空间，他们运行在不同的级别上，在逻辑上是相互隔离的。在 Linux 中，用户程序不能直接访问内核提供的服务，必须通过系统调用来使用内核提供的服务。
        Linux 中的用户编程接口（API）遵循了 UNIX 中最流行的应用编程界面标准—— POSIX。这些系统调用编程接口主要是通过 C 库(libc)实现的。
        往期传送门：
        史上最全的Linux常用命令汇总（超详细！超全面）收藏这一篇就够了
        Linux下标准IO的这些操作你清楚吗（内附有详细的介绍和例程）

文件I/O简介

• POSIX（可移植操作系统接口）定义的一组函数
• 不提供缓冲机制，每次读写操作都执行系统调用
• 核心概念是文件描述符
• 访问各种类型文件

文件描述符

• 每个打开文件对应一个文件描述符
• 文件描述符是一个非负整数，Linux为程序中每个打开的文件分配一个文件描述符
• 文件描述符从0开始分配，依次递增
• 文件IO操作通过文件描述符完成

注意：每个程序中打开的文件系统会单独分配文件描述符，互相不影响

文件I/O与标准I/O区别

打开文件（open）

open函数用来创建或者打开一个文件：

#include <fcntl.h>
int open(const char *path,int oflag,...);
//参数1:打开文件路径 参数2:打开方式

• 成功时返回文件描述符；出错时返回EOF
• 打开文件时使用两个参数
• 创建文件时第三个参数所指定新文件的权限
• 只能打开设备文件

示例1：

        以只写的方式打开1.txt。如果文件不存在就创建，如果文件存在就清空。

int fd;
if((fd=open("1.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666))<0
{ 
   
	perror("open");
	return -1;
}

示例2：

        以读写方式打开文件1.txt。如果文件不存在则创建，如果文件存在则报错：

int fd;
if((fd=open("1.txt",O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL,0666))<0)
{ 
   
	if(errno==EEXIST)
	{ 
   
		perror("exist error");
	}
	else
	{ 
   
		perror("other error");
	}
}

关闭文件（close）

close函数用来关闭一个打开的文件：

#include <unistd.h>
int close(int fd);

• 成功时返回0;出错时返回EOF
• 程序结束时自动关闭所有打开的文件
• 文件关闭以后不能再对文件进行任何操作

读取文件（read）

       read函数用来从文件中读取数据：

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count);

• 成功时返回实际读取的字节数；出错时返回EOF
• 读到文件末尾时返回0
• buf是接收数据的缓冲区

示例

       从指定的文件（文本文件）中读取内容并统计大小

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc,char *argv[])
{ 
   
	int fd,n,total=0;
	char buff[64];
	if(argc<2){ 
   
		prinff("Usage:%s<file>\n",argv[0];
		return -1;
	}
	if((fd=open(argv[1],O_RDONLY))<0){ 
   
		perror("open";
		return -1;
	}
	while((n=read(fd,buf,64))>0){ 
   //读取64个字节到buf中并保存返回值到n
		total+=n;//total的值即为文件的大小
	}
	printf("size:%d\n",total);
	return 0;
}

写入文件（write）

       write函数用来向文件写入数据：

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd,void *buf,size_t count);//buf写入内容；count写入大小

• 成功时返回实际写入的字节数；出错时返回EOF
• buf是发送数据的缓冲区
• count不应超过buf的大小

示例

       将键盘输入的内容写入文件，直到输入quit结束：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc,char *argv[])
{ 
   
	int fd;
	char buf[20];
	//只写方式打开文件，如果文件不存在创建，如果文件存在则清空
	if((fd =open(argv[1],O_WRONLY|OCREAT|O_TRUNC,0666))<0{ 
   
		perror("open");
		return -1;
	}
	while(fgets(buf,20,stdin)!=NULL){ 
   
		if(strcmp(buf,"quit\n")==0)break;
		write(fd,buf,strlen(buf));
	}

定位文件（lseek）

       lseek函数用来定位文件：

#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd,off_t offset,intt whence);

• 成功时返回当前文件的读写位置；出错时返回EOF
• 参数offset和参数whence同fseek完全一样

访问目录（opendir/readdir）

       opendir函数用来打开一个目录文件：

#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *name);

• DIR是用来描述一个打开的目录文件的结构体类型
• 成功时返回目录流指针；出错时返回NULL

       readdir函数用来读取目录流中的内容：

#include <dirent.h>
struct sirent *readdir(DIR *dirp);

• struct dirent是用来描述目录流中一个目录项的结构体类型
• 包含char d_name[256]等成员
• 成功时返回目录流dirp中下一个目录项
• 出错或到末尾时返回NULL

关闭目录（closedir）

       closedir用来关闭一个目录文件：

#include <dirent.h>
int closedir(DIR *drip);

示例：

       打印指定目录下所有文件的名称：

#include <stdio.h>
#include <dirent.h>
int main(int argc,char *argv[])
{ 
   
	DIR *drip;
	struct dirent *dp;
	if(argc<2){ 
   
		printf("Usage :%s<directory>\n"argc[0]);return -1;
	}
	if((dirp=opendir(argv[1]))==NULL){ 
   
		perror("opendir");
		return -1;
	}
	while((dp=readdir(dirp))!=NULL){ 
   
		printf("%s\n",dp->d_name);
	}
	closedir(dirp);
	return 0;
}

修改文件属性（chmod/fchmod）

       chmod/fchmod函数用来修改文件的访问权限：

#include <sys/stat.h>
int chmod(const char *path,mode_t mode);
int fchmod(int fd,mode_t mode);

• 成功时返回0；出错时返回EOF
• root和文件所有者能修改文件的访问权限

获取文件属性(stat/lstat/fstat)

#include <stdio.h>
int stat(const char *path,struct stat *buf);
int lstat(const char *path,struct stat *buf);
int fstat(int fd,struct stat *buf);

• 成功时返回0；出错时返回EOF；
• 如果path是符号链接stat获取的是目标文件的属性；而lstat获取的是链接文件的属性

struct stat是存放文件属性的结构体类型:

st_mode通过系统提供的宏来判断文件类型：
通过（st_mode&0170000）计算后得到的值和以下进行匹配

示例

       获取并显示文件属性：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int main(int argc,char *argv[])
{ 

struct stat buf;
struct tm *tp;//获取本地时间的指针
int n;
if(argc<2)
{ 

printf("Usage:%s <file>\n",argv[0]);
return -1;
}
if(lstat(argv[1],&buf)<0)
{ 

perror("lstat");
return -1;
}
switch(buf.st_mode&S_IFMT)
{ 

case S_IFRGE:
printf("-");
break;
case S_IFDIR:
printf("d");//是一个目录文件
break;
}
for(n=8;n>=0;n--)
{ 

if(buf.st_mode&(1<<n))
{ 

switch(n%3)
{ 

case 2:
printf("r");
case 1:
printf("w");
break;
case 0:
printf("x");
break;
}
}
else
{ 

printf("-");			
}
}
printf("%lu",buf.st_size);
tp=localtime(buf.st_mtime);//转换为本地时间
printf("%d-%02d-%02d",tp->tm_year+1900,tp->tm_mon+1,tp->tm_mday);//年月日 天数
printf("%s\n",argc[1]);
return 0;
}

        不积小流无以成江河，不积跬步无以至千里。而我想要成为万里羊，就必须坚持学习来获取更多知识，用知识来改变命运，用博客见证成长，用行动证明我在努力。
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