Linux系统编程-文件操作（二）：文件IO函数【系统函数open/close/write/read/lseek】【不同于C语言的文件IO库函数fopen/fclose/fputc/fgetc】

港控/mmm° 2023-09-27 11:01 99阅读 0赞

## 一、open函数 ##

#include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    
    int open(const char *pathname, int flags);
    int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
    功能：
        打开文件，如果文件不存在则可以选择创建。
    参数：
        pathname：文件的路径及文件名
        flags：打开文件的行为标志，必选项 O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR
        mode：这个参数，只有在文件不存在时有效，指新建文件时指定文件的权限
    返回值：
        成功：成功返回打开的文件描述符
        失败：-1

**flags详细说明**

必选项：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><strong>取值</strong></th> 
   <th><strong>含义</strong></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>O_RDONLY</td> 
   <td>以只读的方式打开</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>O_WRONLY</td> 
   <td>以只写的方式打开</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>O_RDWR</td> 
   <td>以可读、可写的方式打开</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

可选项，和必选项按位或起来

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><strong>取值</strong></th> 
   <th><strong>含义</strong></th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>O_CREAT</td> 
   <td>文件不存在则创建文件，使用此选项时需使用mode说明文件的权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>O_EXCL</td> 
   <td>如果同时指定了O_CREAT，且文件已经存在，则出错</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>O_TRUNC</td> 
   <td>如果文件存在，则清空文件内容</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>O_APPEND</td> 
   <td>写文件时，数据添加到文件末尾</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>O_NONBLOCK</td> 
   <td>对于设备文件, 以O_NONBLOCK方式打开可以做非阻塞I/O</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**mode补充说明**

1) 文件最终权限：mode & ~umask

2) shell进程的umask掩码可以用umask命令查看

*  umask：查看掩码（补码）
 *  umask mode：设置掩码，mode为八进制数
 *  umask -S：查看各组用户的默认操作权限

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><strong>取值</strong></th> 
   <th><strong>八进制</strong></th> 
   <th>含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>S_IRWXU</td> 
   <td>00700</td> 
   <td>文件所有者的读、写、可执行权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IRUSR</td> 
   <td>00400</td> 
   <td>文件所有者的读权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IWUSR</td> 
   <td>00200</td> 
   <td>文件所有者的写权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IXUSR</td> 
   <td>00100</td> 
   <td>文件所有者的可执行权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IRWXG</td> 
   <td>00070</td> 
   <td>文件所有者同组用户的读、写、可执行权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IRGRP</td> 
   <td>00040</td> 
   <td>文件所有者同组用户的读权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IWGRP</td> 
   <td>00020</td> 
   <td>文件所有者同组用户的写权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IXGRP</td> 
   <td>00010</td> 
   <td>文件所有者同组用户的可执行权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IRWXO</td> 
   <td>00007</td> 
   <td>其他组用户的读、写、可执行权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IROTH</td> 
   <td>00004</td> 
   <td>其他组用户的读权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IWOTH</td> 
   <td>00002</td> 
   <td>其他组用户的写权限</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>S_IXOTH</td> 
   <td>00001</td> 
   <td>其他组用户的可执行权限</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

##  ##

#include <stdio.h>
    
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    
    
    
    int main(void)
    {
        int fd = -1;
    
        //1.以只读方式打开一个文件  如果文件不存在就报错
        //fd = open("txt", O_RDONLY);
        //2.以只写的方式打开一个文件 如果文件不存在就报错
        //fd = open("txt", O_WRONLY);
        //3.以只写的方式打开一个文件 如果文件不存在就创建, 如果文件存在就直接打开
        //fd = open("txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
        //4.以只读的方式打开一个文件 如果文件不存在就创建
        //fd = open("txt", O_RDONLY | O_CREAT, 0644);
        //5.以读写的方式打开文件 如果文件存在就报错, 如果文件不存在就创建
        //fd = open("txt", O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL, 0644);
        //6.以读写的方式打开一个文件 如果文件不存在就创建 如果文件存在就清零
        fd = open("txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
        if (-1 == fd)
        {
            perror("open"); 
            return 1;
        }
    
    
        printf("打开文件成功....\n");
    
    
        return 0;
    }

## 二、close函数 ##

#include <unistd.h>
    
    int close(int fd);
    功能：
        关闭已打开的文件
    参数：
        fd : 文件描述符，open()的返回值
    返回值：
        成功：0
        失败： -1, 并设置errno

需要说明的是，当一个进程终止时，内核对该进程所有尚未关闭的文件描述符调用close关闭，所以即使用户程序不调用close，在终止时内核也会自动关闭它打开的所有文件。

但是对于一个长年累月运行的程序(比如网络服务器)，打开的文件描述符一定要记得关闭,否则随着打开的文件越来越多，会占用大量文件描述符和系统资源。

#include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    
    
    
    #if 0
    /* Standard file descriptors.  */
    #define	STDIN_FILENO	0	/* Standard input.  */
    #define	STDOUT_FILENO	1	/* Standard output.  */
    #define	STDERR_FILENO	2	/* Standard error output.  */
    #endif
    
    int main(void)
    {
        int fd = -1; 
    
        //1. 打开文件
        fd = open("txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
        if (-1 == fd)
        {
            perror("open"); 
            return 1;
        }
    
    
        printf("fd = %d\n", fd);
        printf("打开文件成功....\n");
    
        //2. 关闭文件 释放资源
        close(fd);
    
        return 0;
    }

## 三、read函数 ##

#include <unistd.h>
    
    ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
    功能：
        把指定数目的数据读到内存（缓冲区）
    参数：
        fd : 文件描述符
        buf : 内存首地址
        count : 读取的字节个数
    返回值：
        成功：实际读取到的字节个数
        失败： - 1

#include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    
    #define SIZE 128
    
    //从文件中读数据
    int main(void)
    {
        int fd = -1;
        int ret = -1;
    
        char buf[SIZE];
    
        //1. 打开文件  只读的方式
        fd = open("txt", O_RDONLY);
        if (-1 == fd)
        {
            perror("open"); 
            return 1;
        }
        printf("open successfully fd = %d\n", fd);
    
        //2. 读文件
        memset(buf, 0, SIZE);
        //从文件中最多读取SIZE个字节保存到buf中
        ret = read(fd, buf, SIZE);
        if (-1 == ret)
        {
            perror("read"); 
            close(fd);
            return 1;
        }
    
        printf("buf: %s\n", buf);
    
        //3. 关闭文件
        close(fd);
        return 0;
    }

#include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    
    #define SIZE 128
    
    int main(void)
    {
        int fd = -1;
        int ret = -1;
        char buf[SIZE];
    
        //1. 打开文件
        fd = open("passwd", O_RDONLY);    
        if (-1 == fd)
        {
            perror("open"); 
            goto err0;
        }
    
        printf("打开文件ok... fd: %d\n", fd);
    
        //2. 循环读取数据
        while(1)
        {
            memset(buf, 0, SIZE);
            //每一次从文件中读取最多SIZE个字节
            ret = read(fd, buf, SIZE - 1); 
            if (ret < 0)
            {
                perror("read");
                break; 
            }
        
            printf("%s", buf);
        
            //读到文件结尾
            if (ret < SIZE - 1)
            {
                break; 
            }
        }
    
        //3. 关闭文件
        close(fd);
    
        return 0;
    err0:
        return 1;
    }

## 四、write函数 ##

#include <unistd.h>
    ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
    功能：
        把指定数目的数据写到文件（fd）
    参数：
        fd :  文件描述符
        buf : 数据首地址
        count : 写入数据的长度（字节）
    返回值：
        成功：实际写入数据的字节个数
        失败： - 1

#include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    
    
    int main(void)
    {
        int fd = -1;
        int ret = -1;
    
        //1. 打开文件
        //fd = open("txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
        //fd = open("txt", O_WRONLY | O_CREAT , 0644);
        fd = open("txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0644);
        if (-1 == fd)
        {
            perror("open"); 
            goto err0;
        }
    
        printf("fd = %d\n", fd);
    
        //2. 写文件
        ret = write(fd, "ABCDEFG", 7); 
        if (ret < 7)
        {
            perror("write"); 
        }
    
        //3. 关闭文件
        close(fd);
    
        return 0;
    err0:
        return 1;
    }

## 五、lseek函数 ##

#include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    
    off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
    功能：
        改变文件的偏移量
    参数：
        fd：文件描述符
        offset：根据whence来移动的位移数（偏移量），可以是正数，也可以负数，如果正数，则相对于whence往右移动，如果是负数，则相对于whence往左移动。如果向前移动的字节数超过了文件开头则出错返回，如果向后移动的字节数超过了文件末尾，再次写入时将增大文件尺寸。
    
        whence：其取值如下：
            SEEK_SET：从文件开头移动offset个字节
            SEEK_CUR：从当前位置移动offset个字节
            SEEK_END：从文件末尾移动offset个字节
    返回值：
        若lseek成功执行, 则返回新的偏移量
        如果失败， 返回-1

所有打开的文件都有一个当前文件偏移量(current file offset)，以下简称为 cfo。cfo 通常是一个非负整数，用于表明文件开始处到文件当前位置的字节数。

读写操作通常开始于 cfo，并且使 cfo 增大，增量为读写的字节数。文件被打开时，cfo 会被初始化为 0，除非使用了 O\_APPEND 。

#include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    
    #define SIZE 128
    
    //以十六进制的方式查看文件内容
    //deng@itcast:~/share/4th$ od -x txt
    
    int main(void)
    {
        int fd = -1;
        int ret = -1;
    
        //1. 打开文件
        fd = open("txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
        if (-1 == fd)
        {
            perror("open"); 
            goto err1;
        }
    
        //在文件开头写七个字符
        write(fd, "ABCDEFG",  7);
    
        //将文件偏移30个字节
        ret = lseek(fd, 1024 * 1024, SEEK_END);
        if (-1 == ret)
        {
            perror("lseek"); 
            goto err2;
        }
    
        write(fd, "123456789", 9);
    
        //获取文件的大小
        printf("file: %ld\n", lseek(fd, 0, SEEK_END));
    
        //关闭文件
        close(fd);
    
        return 0;
    err2:
        close(fd);
    err1:
        return 1;
    }

## 六、案例 ##

### 1、文件的简单拷贝（不支持二进制） ###

#include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    
    #define SIZE 128
    
    //文件的简单拷贝 不支持二进制
    int main(void)
    {
        int fdr = -1;
        int fdw = -1;
        int ret = -1;
    
        char buf[SIZE];
    
        //1. 以只读的方式打开第一个文件
        fdr = open("passwd", O_RDONLY);
        if (-1 == fdr)
        {
            perror("open"); 
            goto err0;
        }
    
        //2. 以只写的方式打开第二个文件
        fdw = open("txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
        if (-1 == fdw)
        {
            perror("open"); 
            goto err1;
        }
    
        //3. 循环拷贝数据
        while(1)
        {
            //从第一个文件中读取数据
            memset(buf, 0, SIZE);
            ret = read(fdr, buf, SIZE); 
            if (ret <= 0)
            {
                perror("read");
                break; 
            }
        
            //将读取的数据写入到第二个文件中
            ret = write(fdw, buf, ret); 
            if (ret <= 0)
            {
                break; 
            }
        }
    
        //4. 关闭两个文件描述符
        close(fdr);
        close(fdw);
    
        return 0;
    err1:
        close(fdr);
    err0:
        return 1;
    }

### 2、文件的简单拷贝（支持二进制） ###

#include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    
    #define SIZE 128
    
    //文件的简单拷贝 支持二进制
    int main(int argc, char **argv)
    {
        int fdr = -1;
        int fdw = -1;
        int ret = -1;
    
        char buf[SIZE];
    
        //容错判断
        if (3 != argc)
        {
            printf("usage: ./a.out filename1 filename2\n"); 
            goto err0;
        }
    
        //1. 以只读的方式打开第一个文件
        fdr = open(argv[1], O_RDONLY);
        if (-1 == fdr)
        {
            perror("open"); 
            goto err0;
        }
    
        //2. 以只写的方式打开第二个文件
        fdw = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
        if (-1 == fdw)
        {
            perror("open"); 
            goto err1;
        }
    
        //3. 循环拷贝数据
        while(1)
        {
            //从第一个文件中读取数据
            memset(buf, 0, SIZE);
            ret = read(fdr, buf, SIZE); 
            if (ret <= 0)
            {
                break; 
            }
        
            //将读取的数据写入到第二个文件中
            ret = write(fdw, buf, ret); 
            if (ret <= 0)
            {
                break; 
            }
        }
    
        //4. 关闭两个文件描述符
        close(fdr);
        close(fdw);
    
        return 0;
    err1:
        close(fdr);
    err0:
        return 1;
    }