【Linux基础】文件IO

女爷i 2023-10-17 02:50 57阅读 0赞

说明

参考：《UNIX环境高级编程》中文版第三版

编程环境：OS X 10.11.5 Xcode 7.3.1

文件I/O

下面介绍各类文件I/O操作。

  1. #include <fcntl.h>
  2. int open(const char * path, int oflag, ...);
  3. int openat(int fd, const char * path, int oflag, ...);

用于打开或者创建文件(创建文件时需要注意flag必须有O_CREAT这个选项，并指定访问权限(通过后面的不定参数))，成功返回文件描述符，它是一个非负整数，失败返回-1。

path是需要打开或者创建的文件的名字。如果path是绝对路径，open()和openat()没有区别，openat()中的fd参数无效。如果path是相对路径，对于openat()，fd参数指定了起始路径，fd也是个文件描述符，它通过打开相对路径所在的目录来获得；对于open()，则指定当前目录为起始路径。

oflag是一系列的选项，确定打开方式，如只读、只写、读写等等：

  1. #define O_ACCMODE       0003
  2. #define O_RDONLY         00
  3. #define O_WRONLY         01
  4. #define O_RDWR             02
  5. #define O_CREAT           0100    /* not fcntl */
  6. #define O_EXCL           0200    /* not fcntl */
  7. #define O_NOCTTY       0400    /* not fcntl */
  8. #define O_TRUNC          01000    /* not fcntl */
  9. #define O_APPEND      02000
  10. #define O_NONBLOCK      04000
  11. #define O_NDELAY    O_NONBLOCK
  12. #define O_SYNC         010000
  13. #define FASYNC         020000    /* fcntl, for BSD compatibility */
  14. #define O_DIRECT     040000    /* direct disk access hint */
  15. #define O_LARGEFILE    0100000
  16. #define O_DIRECTORY    0200000    /* must be a directory */
  17. #define O_NOFOLLOW    0400000 /* don't follow links */
  18. #define O_NOATIME    01000000

下面是一个例子：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <fcntl.h>
  4. #define    FILE_MODE    (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)
  6. int main()
  7. {
  8.     int fd = 0;
  9.     if( (fd = open("open_test", O_RDWR | O_CREAT, FILE_MODE)) != -1 )
  10.     {
  11.         printf("open file fd: %d\n", fd);
  12.     }
  13.     else
  14.     {
  15.         printf("open file failed\n");
  16.     }
  17.     return 0;
  18. }

执行结果：

  1. open file fd: 3
  2. Program ended with exit code: 0

上例中创建文件的方式可以用另外一个函数来代替：

  1. #include <fcntl.h>
  2. int creat(const char * path, mode_t mode);

成功时返回文件描述符，失败时返回-1。它相当于：

  1. open(path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode);

关于mode_t，它表示的是文件的访问权限，有如下的值：

  1. /* File mode */
  2. /* Read, write, execute/search by owner */
  3. #define    S_IRWXU        0000700        /* [XSI] RWX mask for owner */
  4. #define    S_IRUSR        0000400        /* [XSI] R for owner */
  5. #define    S_IWUSR        0000200        /* [XSI] W for owner */
  6. #define    S_IXUSR        0000100        /* [XSI] X for owner */
  7. /* Read, write, execute/search by group */
  8. #define    S_IRWXG        0000070        /* [XSI] RWX mask for group */
  9. #define    S_IRGRP        0000040        /* [XSI] R for group */
  10. #define    S_IWGRP        0000020        /* [XSI] W for group */
  11. #define    S_IXGRP        0000010        /* [XSI] X for group */
  12. /* Read, write, execute/search by others */
  13. #define    S_IRWXO        0000007        /* [XSI] RWX mask for other */
  14. #define    S_IROTH        0000004        /* [XSI] R for other */
  15. #define    S_IWOTH        0000002        /* [XSI] W for other */
  16. #define    S_IXOTH        0000001        /* [XSI] X for other */

关闭文件使用的函数：

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

需要注意使用了不同的头文件。成功时返回0，出错时返回-1。

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

lseek()显式地为一个打开文件设置偏移量。

通常，读写操作都从当前文件偏移量开始。

默认情况下，当打开一个文件时，除非指定了O_APPEND选项，否则该偏移量被设置为0。

fd表示文件描述符，对应特定的文件。

offset和whence配合使用：

1）whence是SEEK_SET时，设置偏移量为从文件开始处offset个字节；

2）whence是SEEK_CUR时，设置偏移量为从文件当前偏移位置开始处offset个字节，offset可正可负；

3）whence是SEEK_END时，设置偏移量为文件长度加offset个字节，offset可正可负。

成功时，返回新的文件偏移量；出错时返回-1。

下面是获取当前文件偏移量的一个方法：

  1. off_t offset = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
  2. printf("offset : %lld\n", offset);

注意，lseek只负责记录文件偏移量，并不会引起任何的I/O操作。

下面两个函数才是具体的I/O操作：

  1. #include <unistd.h>
  2. ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);
  3. ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);

read()成功返回读到的字节，它小于等于nbytes；失败返回-1。

write()成功返回写入的字节；失败返回-1。

一个完整的示例：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <fcntl.h>
  3. #include <unistd.h>
  5. #define    FILE_MODE    (S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)
  7. int main()
  8. {
  9.     int fd;
  10.     off_t offset;
  11.     char *tmp = "hello world";
  12.     char s[20] = {0};
  14.     if( (fd = open("open_test", O_RDWR | O_CREAT, FILE_MODE)) != -1 )
  15.     {
  16.         printf("open file fd: %d\n", fd);
  17.     }
  18.     else
  19.     {
  20.         printf("open file failed\n");
  21.         return 1;
  22.     }
  24.     offset = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
  25.     printf("offset : %lld\n", offset);
  27.     if( 12 == write(fd, tmp, 12))
  28.     {
  29.         printf("write file success\n");
  30.     }
  32.     if ( (0 == lseek(fd, 0, SEEK_SET)) && (read(fd, &s, 100) != -1) )
  33.     {
  34.         printf("read from file: %s\n", s);
  35.     }
  37.     close(fd);
  38.     return 0;
  39. }

结果：

  1. open file fd: 3
  2. offset : 0
  3. write file success
  4. read from file: hello world
  5. Program ended with exit code: 0
  7. #include <unistd.h>
  8. int dup(int fd);
  9. int dup2(int fd, int fd2);

复制一个现有的文件描述符。成功则返回新的文件描述符，失败则返回-1。

对于dup2()，如果fd2已经打开，则先关闭；如果fd等于fd2，则dup2()返回fd2，而不是关闭它。

下面的例子复制了标准输出，之后再使用write写文件的话，相当于写到了标准输出上：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <unistd.h>
  4. int main()
  5. {
  6.     int tmp = dup(STDOUT_FILENO);
  7.     write(tmp, "Hello world\n", 12);
  8.     return 0;
  9. }
  11. #include <fcntl.h>
  12. int fcntl(int fd, int cmd, ...);

用于改变已经打开的文件的属性。

根据cmd的不同，fcntl()函数有不同的功能：

1）复制已有的文件描述符，功能同dup、dup2；

2）获取/设置文件描述符标志；

3）获取/设置文件状态标志；

4）获取/设置异步I/O所有权；

5）获取/设置记录锁。

  1. #include <unistd.h>
  2. #include <sys/ioctl.h>
  3. int ioctl(int fd, int request, ...);

这个函数包含其他函数无法应用到的I/O操作。这里不特别介绍了。

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