《Linux操作系统 - 高级编程》第一部分 标准IO及文件IO（第3章 文件IO）

3.1文件I/O概述

Linux操作系统是基于文件概念的。文件是以字符序列构成的信息载体。根据这一点，可以把I/O设备当做文件来处理，因此，在磁盘上的普通文件进行交互所用的统一系统调用可以直接用于I/O设备。这样大大简化了系统对于不同设备的处理，提高了效率。Linux中的文件主要分为6种：普通文件、目录文件、符号链接文件、管道文件、套接字文件和设备文件。

那么，内核如何区分和引用特定的文件呢？这里用到了一个重要的概念——文件描述符。对于Linux而言，所有的设备和文件的操作都是通过文件描述符来进行的。文件描述符是一个非负的整数，它是一个索引值，并指向在内核中每个进程打开文件的记录表。当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核就向进程返回一个文件描述符；读写文件时，需要把文件描述符作为参数传递给相应的函数。

通常，一个进程启动时，都会打开3个流：标准输入、标准输出和标准错误。这3个流分别对应文件描述符0、1 和 2（对应的宏分别是STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO）。

基于文件描述符的I/O操作虽然不能直接移植到类Linux以外的系统上去（如Windows），但它往往是实现某些I/O操作的唯一途径，如Linux中底层文件操作函数、多路I/O、TCP/IP套接字编程接口等。同时，他们也很好地兼容POSIX标准，因此，可以很方便地移植到任何POSIX平台上。基于文件描述符的I/O操作是Linux中最常用的操作之一。

文件I/O相关函数：open() 、read() 、write() 、lseek() 和close() 。这些函数的特点是不带缓冲，直接对文件（包括设备）进行读写操作。这些函数不是ANSI C的组成部分，而是POSIX相关标准来定义。

3.2文件IO操作

3.2.1文件打开与和关闭

open()函数用于创建或打开文件，在打开或创建文件时可以指定文件打开方式及文件的访问权限。

表1 open()函数

所需头文件	#include #include #include
函数原型	int open(const char *pathname, int flags); int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);
函数参数	pathname: 被打开的文件名（可包括路径名） flags（文件打开方式，这里介绍几个常用的） O_RDONLY 只读 O_WRONLY 只写 O_RDWR 可读可写 O_CREAT 如果文件不存在，就创建一个新文件，并用第三个参数为其设置权限； O_TRUNC 若文件已经存在，那么会删除文件中的全部原有数据，并且设置文件大小为0； O_APPEND 以添加方式打开文件，在写文件时，文件读写文职自动指向文件的末尾，即将写入的数据添加到文件的末尾； mode ：新建文件的存取权限
函数返回值	成功：返回文件描述符 失败：-1

close()函数用于关闭一个被打开的文件。当一个进程终止时，所有打开的文件都有内核自动关闭。很多程序都利用这一特性而不显示地关闭一个文件。

表2 close()函数

所需头文件	#include
函数原型	int close(int fd);
函数参数	fd：文件描述符
函数返回值	成功：0 失败：-1

3.2.2文件读写

read()函数从文件中读取数据存放到缓冲区中，并返回实际读取的字节数。若返回0，则表示没有数据可读，即已达到文件尾。读操作从文件的当前读写位置开始读取数据，当前读写位置自动往后移动。

表3read()函数

所需头文件	#include
函数原型	ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
函数参数	fd ：文件描述符； buf ：指定存储器读取数据的缓冲区； count ：指定读出的字节数；
函数返回值	成功：读到的字节数； 0：已到达文件尾； 1：出错；

在读到普通文件时，若读到要求的字节数之前已到达问价你的尾部，则返回的字节数会小于指定读出的字节数；

write()函数将数据写入文件中，并返回实际写入的字节数。写操作从文件的当前读写位置开始写入。对磁盘文件进行写操作时，若磁盘已满，write()函数返回失败；

表4 write()函数

所需头文件	#include
函数原型	ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
函数参数	fd ：文件描述符； buf ：指定存储器写入数据的缓冲区； count ：指定读出的字节数；
函数返回值	成功：写入的字节数； -1：出错；

下面写个简单小程序，实现copy程序，完成文件的复制，代码如下：
【参见附件/copy.c】

#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#define maxsize 256  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int fd1,fd2;  
    int byte;  
    char buffer[maxsize];  
    if(argc != 3)  
    {  
printf("command error!\n");  
return -1;  
    }    
    if((fd1 = open(argv[1],O_RDONLY)) == -1)  
    {  
       		perror("open fails");  
return -1;  
    }  
  //如果文件不存在，则创建，若存在，则覆盖；  
    if((fd2 = open(argv[2],O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC ,0664)) == -1)
    {  
perror("open fails");  
return -1;  
    }  
    while(1)  
    {  
if((byte = read(fd1,buffer,maxsize)) > 0)  
write(fd2,buffer,byte);  
       		if(byte == 0)  
            		break; //如果读不到数据，则返回  
    }  
    close(fd1);  
    close(fd2);  
    return 0;  
}  

执行结果如下：

我们可以看到，原来file2.c并不存在，执行完程序后，file2.c存在，且大小和file1.c相同。

3.2.3文件定位

lseek()函数对文件当前读写位置进行定位。它只能对可定位（可随机访问）文件操作。管道、套接字和大部分字符设备文件不支持此类操作；

表5 lseek()函数

所需头文件	#include #include
函数原型	off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
函数参数	fd ：文件描述符 offset ：相对于基准点whence 的偏移量。以字节为单位，正数表示向前移动，负数表示向后移动 whence ：当前位置的基点 SEEK_SET：文件的起始位置 SEEK_CUR：文件当前读写位置 SEEK_END：文件的结束位置
函数返回值	成功：文件当前读写位置 -1：出错

我们可以通过lseek函数实现一个小功能：查看文件的大小，代码如下：
【参见附件/lseek.c】

#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
int main(int argc, const char *argv[])  
{  
    int fd;  
    int length;  
    if(argc != 2)  
    {  
        printf("command error!\n");  
        return -1;  
    }  
    if((fd = open(argv[1],O_RDONLY)) == -1)  
    {  
        perror("open fails");  
        return -1;  
    }  
    length = lseek(fd,0,SEEK_END);  
    printf("The length of %s is %d bytes!\n",argv[1],length); 
    return 0;  
} 

执行结果如下：

我们可以看到，得到了lseek.c正确大小！

本章参考附件

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