文件描述符，open 函数

矫情吗；* 2022-12-02 00:56 205阅读 0赞

一、文件IO学习大纲。  
1、文件IO概念、文件概念、文件类型。  
2、访问文件方法一 -> 系统IO 打开?/读取?/写入?/关闭?  
3、系统IO文件描述符概念？文件描述符与文件的关系？文件描述符的值。  
4、文件偏移量概念。  
5、系统IO应用实例：LCD液晶、触摸屏。  
6、系统IO另外一种访问文件的方式：内存映射。 -> 针对LCD液晶  
7、访问文件方法二 -> 标准IO 打开?/读取?/写入?/关闭?  
8、标准IO函数：处理字符/字符串  
9、目录IO：访问目录，切换目录，读取目录，关闭目录。

二、文件IO概念？  
1、什么是文件？  
在linux下，一切都是文件。  
除了我们平时常见的文件：1.txt/2.jpg/3.bmp/4.mp3是文件之外，linux系统还会把硬件设备当作是文件，例如：LED灯、触摸屏、LCD液晶屏幕，蜂鸣器，ADC，这些硬件设备在linux的眼中，都是文件来的。

2、什么是IO？  
IO -> input/output -> 输入/输出  
文件IO -> 对文件数据输入/输出 -> 写入数据到文件/从文件中读取数据出来。

3、如何实现文件读取/写入？  
不需要用户写自定义函数，因为在linux下，已经有现成的函数来实现。

访问文件方式有两种：  
系统IO -> 系统调用 -> 2 System calls -> 系统IO接口都是在第2手册。  
标准IO -> 库调用 -> 3 Library calls -> 标准IO接口都是在第3手册。  
  
4、使用系统IO与标准IO访问有什么区别？  
系统IO来处理文件，没有缓冲区，直接按字节来处理。  
标准IO来处理文件，有缓冲区，按块来处理。

作用对象：  
访问硬件设备文件时（LED灯、触摸屏、LCD液晶） -> 直接使用系统IO来处理。  
例如： 写一个温湿度传感器驱动 -> 使用系统IO来访问温湿度传感器驱动

访问普通文件（1.txt/2.bmp/3.jpg/4.mp3） -> 标准IO来处理。  
例如：访问test.txt这个文件 -> 使用标准IO来访问。

5、文件类型。 -> 7种。  
'-' 普通文件 -> 标准IO  
'd' 目录文件 -> 目录IO  
'l' 链接文件  
'p' 管道文件 -> 系统IO  
's' 套接字文件  
'c' 字符设备文件 -> 系统IO  
'b' 块设备文件 -> 系统IO

三、如何使用系统IO访问文件？  
1、如何打开文件？ -> open() -> man 2 open  
函数功能：open and possibly create a file  
//打开和创建文件。

头文件：  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/stat.h>  
\#include <fcntl.h>

函数原型：  
int open(const char \*pathname, int flags);  
int open(const char \*pathname, int flags, mode\_t mode);

参数：  
pathname：需要打开的那个文件的路径名。 （绝对路径/相对路径）  
flags：  
O\_RDONLY：只读  
O\_WRONLY：只写  
O\_RDWR：可读可写

返回值：  
成功：新的文件描述符file descriptor（其实就是一个最小，非负整数，没有使用过的）  
失败：-1

注意：open函数什么时候会打开失败？  
1）你打开的路径不存在时。  
2）如果文件本身的权限不允许，那么操作权限不对，也会失败。  
例如： 文件本身的权限： "-wx-wx-wx",如果以O\_RDONLY/O\_RDWR去打开文件，那么就会失败。

2、如何关闭文件？ -> close() -> man 2 close  
函数功能：close a file descriptor  
//关闭掉一个文件描述符

头文件：  
\#include <unistd.h>

函数原型：  
int close(int fd);

参数：  
fd：需要关闭的那个文件的文件描述符。

返回值：  
成功：0  
失败：-1

练习1： 写程序，访问家目录下test.txt，如果访问成功，则输出"open file success",否则输出"open file error"，并关闭文件，如果关闭成功，则输出"close file success",否则输出"close file error"。

\#include <stdio.h>  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/stat.h>  
\#include <fcntl.h>  
\#include <unistd.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
int fd,ret;  
fd = open("/home/gec/test.txt",O\_RDWR);  
if(fd >= 0)  
\{  
printf("open file suceess!\\n");  
\}  
else\{  
printf("open file error!\\n");  
\}  
printf("fd = %d\\n",fd);  
  
ret = close(fd);  
if(ret == 0)  
\{  
printf("close file success!\\n");  
\}  
else\{  
printf("close file error!\\n");  
\}  
  
return 0;  
\}

练习2： 看看访问之后的那个文件的文件描述符是多少？ -> 3  
练习3： 尝试访问一下开发板中/dev/fb0这个文件，访问之后就关闭它。  
  
\#include <stdio.h>  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/stat.h>  
\#include <fcntl.h>  
\#include <unistd.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
int fd;  
fd = open("/dev/fb0",O\_RDWR);  
if(fd < 0)  
\{  
printf("open file error!\\n");  
\}  
  
close(fd);  
  
return 0;  
\}

四、文件描述符？  
1、什么是文件描述符？  
文件描述符是open函数的返回值，当open()执行成功时，就会返回非负，最小，没有使用过的整数。  
例如：  
3=open("1.txt"); //3就是代表这个1.txt这个文件。  
4=open("2.txt"); //4就是代表这个2.txt这个文件。  
A105=open("关国源") //A105就是代表这个关国源这个文件。

结论：将来需要处理文件时，我们不需要提供文件名字，只需要提供文件对应的文件描述符就可以。

2、访问文件时，发送fd从3开始分配，说明0/1/2已经被占用，究竟是谁在占用？  
其实在系统启动时，就会默认打开3个文件，分别是"标准输入","标准输出","标准出错",他们其实是一个宏定义来的，是被定义在一个头文件中，头文件路径：/usr/include/unistd.h

/\* Standard file descriptors. \*/  
\#define STDIN\_FILENO 0 //标准输入 -> 对象：键盘  
\#define STDOUT\_FILENO 1 //标准输出 -> 对象：屏幕  
\#define STDERR\_FILENO 2 //标准出错 -> 对象：屏幕

可以理解： 只要系统启动， 0 = open("标准输入")

3、举例子。  
假设当前目录下有：a.txt b.txt c.txt d.txt  
打开a.txt  
打开b.txt  
打开c.txt  
关闭b.txt  
打开d.txt  
关闭a.txt  
关闭c.txt  
打开a.txt  
打开c.txt  
关闭d.txt  
打开d.txt -> 返回值是多少? --> 4

结论：打开一个文件时候，就会得到一个文件描述符。 -> 申请资源  
关闭一个文件时候，这个文件对应的文件描述符就可以被别人使用。-> 释放资源

4、研究文件描述符有没有最大值？  
\#include <stdio.h>  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/stat.h>  
\#include <fcntl.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
int fd;  
while(1)  
\{  
fd = open("./a.txt",O\_RDWR);  
printf("fd = %d\\n",fd);  
if(fd == -1)  
\{  
break;  
\}  
\}  
return 0;  
\}

范围：0~1023。  
记住：打开文件之后，记得要关闭！

五、open函数的拓展参数。

int open(const char \*pathname, int flags, mode\_t mode);

pathname：需要打开的文件的路径  
flags:  
必选（三选一）  
O\_RDONLY：只读  
O\_WRONLY：只写  
O\_RDWR：可读可写

可选（0个/多个） -> 如果选了，就是使用了位或"|"来添加。  
O\_APPEND:以追加的方式打开文件，在每一次写数据之前，文件的定位都是在末尾。  
O\_CREAT:如果文件不存在，就会创建。  
如果flags中有O\_CREAT，那么mode这个参数就一定要填。  
如果flags中没有O\_CREAT,那么mode这个参数就算你填了，也没用。  
  
O\_TRUNC:如果文件存在并且是一个普通文件，而且打开方式必须是O\_RDWR/O\_WRONLY，那么这个文件就会被清空。

例子1：测试O\_CREAT是否能创建文件。

\#include <stdio.h>  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/stat.h>  
\#include <fcntl.h>  
\#include <unistd.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
umask(0000);  
  
int fd;  
fd = open("/home/gec/ggy\_test.txt",O\_RDWR|O\_CREAT,0777);  
if(fd < 0)  
\{  
printf("open error!\\n");  
\}  
  
close(fd);  
  
return 0;  
\}

如果文件是存在的：  
O\_CREAT -> 不创建，打开成功  
O\_CREAT|O\_EXCL -> 不创建，打开失败 O\_EXCL就是要确保O\_CREAT这个参数创建了才会生效！

如果文件是不存在的：  
O\_CREAT -> 创建文件并且打开成功  
O\_CREAT|O\_EXCL -> 创建文件并且打开成功

例子2： 测试O\_TRUNC能不能清空？

\#include <stdio.h>  
\#include <sys/types.h>  
\#include <sys/stat.h>  
\#include <fcntl.h>  
\#include <unistd.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
umask(0000);  
  
int fd;  
fd = open("./a.txt",O\_RDWR|O\_TRUNC);  
if(fd < 0)  
\{  
printf("open error!\\n");  
\}  
  
close(fd);  
  
return 0;  
\}

一般地，O\_CREAT|O\_TRUNC 连用，会有什么效果？  
100%确保运行之后文件是存在的，并且是空白的！