【Linux基础】文件IO

女爷i 2023-10-17 02:50 9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。

#include <fcntl.h>
    int open(const char * path, int oflag, ...);
    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：

#define O_ACCMODE	   0003
    #define O_RDONLY	     00
    #define O_WRONLY	     01
    #define O_RDWR		     02
    #define O_CREAT		   0100	/* not fcntl */
    #define O_EXCL		   0200	/* not fcntl */
    #define O_NOCTTY	   0400	/* not fcntl */
    #define O_TRUNC		  01000	/* not fcntl */
    #define O_APPEND	  02000
    #define O_NONBLOCK	  04000
    #define O_NDELAY	O_NONBLOCK
    #define O_SYNC		 010000
    #define FASYNC		 020000	/* fcntl, for BSD compatibility */
    #define O_DIRECT	 040000	/* direct disk access hint */
    #define O_LARGEFILE	0100000
    #define O_DIRECTORY	0200000	/* must be a directory */
    #define O_NOFOLLOW	0400000 /* don't follow links */
    #define O_NOATIME	01000000

下面是一个例子：

#include <stdio.h>
    #include <fcntl.h>
    
    #define	FILE_MODE	(S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)
    
    int main()
    {
        int fd = 0;
        if( (fd = open("open_test", O_RDWR | O_CREAT, FILE_MODE)) != -1 )
        {
            printf("open file fd: %d\n", fd);
        }
        else
        {
            printf("open file failed\n");
        }
        return 0;
    }

执行结果：

open file fd: 3
    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：

#include <fcntl.h>
    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：

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：

/* File mode */
    /* Read, write, execute/search by owner */
    #define	S_IRWXU		0000700		/* [XSI] RWX mask for owner */
    #define	S_IRUSR		0000400		/* [XSI] R for owner */
    #define	S_IWUSR		0000200		/* [XSI] W for owner */
    #define	S_IXUSR		0000100		/* [XSI] X for owner */
    /* Read, write, execute/search by group */
    #define	S_IRWXG		0000070		/* [XSI] RWX mask for group */
    #define	S_IRGRP		0000040		/* [XSI] R for group */
    #define	S_IWGRP		0000020		/* [XSI] W for group */
    #define	S_IXGRP		0000010		/* [XSI] X for group */
    /* Read, write, execute/search by others */
    #define	S_IRWXO		0000007		/* [XSI] RWX mask for other */
    #define	S_IROTH		0000004		/* [XSI] R for other */
    #define	S_IWOTH		0000002		/* [XSI] W for other */
    #define	S_IXOTH		0000001		/* [XSI] X for other */

关闭文件使用的函数：

#include <unistd.h>
    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。

#include <unistd.h>
    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：

off_t offset = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
    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：

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

#include <stdio.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <unistd.h>
    
    #define	FILE_MODE	(S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH)
    
    int main()
    {
        int fd;
        off_t offset;
        char *tmp = "hello world";
        char s[20] = {0};
        
        if( (fd = open("open_test", O_RDWR | O_CREAT, FILE_MODE)) != -1 )
        {
            printf("open file fd: %d\n", fd);
        }
        else
        {
            printf("open file failed\n");
            return 1;
        }
        
        offset = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
        printf("offset : %lld\n", offset);
        
        if( 12 == write(fd, tmp, 12))
        {
            printf("write file success\n");
        }
        
        if ( (0 == lseek(fd, 0, SEEK_SET)) && (read(fd, &s, 100) != -1) )
        {
            printf("read from file: %s\n", s);
        }
        
        close(fd);
        return 0;
    }

结果：

open file fd: 3
    offset : 0
    write file success
    read from file: hello world
    Program ended with exit code: 0

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

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    
    int main()
    {
    	int tmp = dup(STDOUT_FILENO);
    	write(tmp, "Hello world\n", 12);
    	return 0;
    }

#include <fcntl.h>
    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。

#include <unistd.h>
    #include <sys/ioctl.h>
    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。