Linux C 系统编程（03） 文件与I/O 文件目录

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本章节思维导图如下所示（思维导图会持续迭代）：

第一层：

第二层：

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目录操作：目录文件本质上是一个文件，但是实际上其内容又与普通文件不同。目录文件是一种特殊的文件，其内容存储着目录下所有文件的目录项。用户可以像普通文件一样读写目录，不过需要使用一组特殊的系统调用。

1 目录权限

目录文件的访问权限和普通文件是一样的，对于目录权限而言有：

     S_IRUSR     :0400:用户-读
     S_IWUSR     :0200:用户-写
     S_IXUSR     :0100:用户-执行
     S_IRGRP     :0040:用户组-读
     S_IWGRP     :0020:用户组-写
     S_IXGRP     :0010:用户组-执行
     S_IROTH     :0004:其他用户-读
     S_IWOTH     :0002:其他用户-写
     S_IXOTH     :0001:其他用户-执行

其中读、写、可执行分别表示：

•      读          ：表示可以列出该目录所有的文件
•      写          ：表示可以创建文件、删除文件
•      可执行  ：表示可以打开目录，路径有效，一般都要有这个权限

测试目录文件：S_ISDIR(stat结构体变量.st_mode)；为0，表示是目录文件；为非0，表示非目录文件。

设置用户ID位对目录没有意义，但是设置用户组ID对目录却有很大的意义。因为如果设置用户组ID被设置，则在该目录下创建的任何目录和文件的组ID都将设置为该目录的组ID。

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2 目录操作

2.1 创建一个目录 mkdir

linux下使用mkdir函数来创建一个目录。mkdir函数的接口：

#include 
#include 
int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);
参数pathname     ：要创建的目录的路径。
参数mode          ：目录的操作权限(一般情况下，一定要加上可执行的权限)。
函数成功执行返回0，失败返回-1。

注意：

1. 一个目录总要包含两个默认的目录项，即.(当前目录)和..(上一级目录)。
2. 在linux下，新创建的子目录会自动继承父目录的设置组ID位，而不是创建进程的组ID。

2.2 删除一个目录 rmdir

linux下使用rmdir函数来创建一个目录。rmdir函数的接口：

#include 
int rmdir(const char *pathname);
参数pathname     ：要删除的目录的路径。
函数成功执行返回0，失败返回-1。

注意：

1. rmdir函数只能删除一个空目录，如果目录非空，则删除出错。(这里的空目录表示目录项只含有.和..文件)
2. 如果目录的权限中没有写的权限，那么删除目录也会发生错误。

2.3 目录项结构 struct dirent

用户不可以直接对目录进行写的操作，这个操作完全是由内核来完成的，因此linux下不提供写目录的函数接口。一个目录文件中存着目录中所有文件的目录项，对目录的读写实际上就是操作这些目录项。目录项使用dirent结构表示，该结构体定义在dirent.h文件中：    

struct dirent  
{  
#ifndef __USE_FILE_OFFSET64           /*用于64位的文件系统*/
     __ino_t          d_ino;          /* inode number 索引节点号 */ 
      off_t                d_off;     /*在目录文件中的偏移 */
#else
     __ino64_t     d_ino;             /* inode number 索引节点号 */ 
      off_64t           d_off;        /*在目录文件中的偏移 */
#endif
      unsigned short int d_reclen;    /*文件名长 */ 
      unsigned char d_type;           /*文件类型 */ 
      char d_name [NAME_MAX+1]; /*文件名，最长255字符 */ 
}；

2.4 打开与关闭目录 opendir closedir

linux下使用opendir函数来创建一个目录。opendir函数的接口：

#include 
#include 
DIR *opendir(const char *name);
参数name     ：要打开的目录的路径。
open返回的是一个DIR结构的指针，该结构类似于FILE指针，只不过用来保存所打开目录的信息。

linux下使用closedir函数来创建一个目录。closedir函数的接口：

#include 
#include 
int closedir(DIR *dirp);
参数dirp：要关闭的目录的DIR结构指针。
函数成功执行返回0，失败返回-1。

opendir和closedir是配套使用的，如果只打开目录而没有关闭，那么该进程就会因为打开的文件数过多而不能打开任何文件。这里的DIR结构体定义如下：

    struct __dirstream  
     {  
           void *__fd;           /* `struct hurd_fd' pointer for descriptor. */
          char *__data;      /* Directory block. */
       int __entry_data;  /* Entry number `__data' corresponds to. */
       char *__ptr;           /* Current pointer into the block. */
       int __entry_ptr;      /* Entry number `__ptr' corresponds to. */
       size_t __allocation;      /* Space allocated for the block. */
       size_t __size;           /* Total valid data in the block. */
       __libc_lock_define (, __lock)      /* Mutex lock for this structure. */
     };  
    typedef struct __dirstream DIR; 

2.5 读目录

在进行读目录项操作的时候，会改变目录文件的当前读写位置。linux下使用readdir函数来读取目录中的内容。

readdir函数的原型：
#include 
struct dirent *readdir(DIR *dirp);
参数dirp：要读取的目录的DIR结构指针。
函数返回一个dirent类型的指针，指针中存放着每个文件的目录项，如果目录到达结尾或者发生错误，readdir函数返回NULL。
如果要判断readdir是因为目录到达结尾还是发生错误，需要通过errno变量来判断。

2.6 得到目录文件的读写位置

对目录的读写操作会影响到目录文件的当前位置，同样，目录文件也可以像普通文件一样被定位。linux下使用telldir函数得到当前目录文件的读写位置。telldir函数的原型：

#include 
long telldir(DIR *dirp);
参数dirp：需要得到读写位置的目录的DIR结构指针。
函数执行成功返回目录文件当前的读写位置，失败返回-1。

2.7 定位目录

目录文件可以随意更改文件当前的读写位置，在linux下使用seekdir函数来实现文件定位的功能。seekdir函数的原型：

#include 
void seekdir(DIR *dirp, long offset);
参数dirp     ：需要定位的目录的DIR结构指针。
参数offset     ：要定位的偏移值。(如果该值超过了有效的目标文件的范围，seekdir函数将会出错)
函数无返回值。

注意： 打开一个目录文件，一个目录项占用12个字节，向后偏移24个字节就可以跳过.文件和..文件两个目录项。

2.8 回卷目录文件

若想重新读取文件目录中的内容又想部关闭目录文件，可以使用回卷函数rewinddir，使得目录文件的读写位置回到文件的起始处。rewinddir函数的原型：

#include 
#include 
void rewinddir(DIR *dirp);
参数dirp：需要回卷的目录的DIR结构指针。
函数无返回值。

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3 进程的工作目录

每个进程都有一个工作目录，如果程序使用了相对路径，进程以当前目录为起点搜索相对路径。shell解释器解释的每一个命令实际上都是一个程序，这些程序大部分存储在/bin文件夹下，但是里面没有cd这个程序，也就是说，cd的实现方法和其他命令不同其他的命令可以独立于shell而存在，但是cd命令不可以。

注意：因为shell会调用fork函数创建一个子进程来执行命令，如果在子进程中调用chdir函数改变工作目录不会影响到父进程shell。

3.1 改变工程的工作目录

linux下使用chdir函数实现改变进程的工作目录。chdir函数的原型：

#include 
int chdir(const char *path);
int fchdir(int fd);
参数path：打算改变的新工作目录的路径名。
参数fd：新路径名的文件描述符
函数执行成功返回0，失败返回-1。

程序执行后相当于cd命令，但是只对本身进程以及自己创建的子进程有效，对父进程无效。

fchdir 用来将当前目录改为参数fd（文件描述符）指定的目录。

3.2 得到进程的当前工作目录

使用pwd可以查看当前的工作目录，在linux下使用getcwd函数获取当前进程的工作目录。getcwd函数的原型：

#include 
char *getcwd(char *buf, size_t size);
参数buf     ：存储当前路径名的缓冲区，属于值结果参数。
参数size：缓冲区的大小(路径名+‘\0’的长度)，一般不要定义太小。
函数执行成功则返回缓冲区的地址，失败返回NULL。

3.3 子进程工作目录对父进程的影响

子进程中改变工作目录不会对父进程造成影响，但是会对自己的子进程造成影响，自己的子进程会继承父进程的工作目录。对于cd命令，它是直接实现在shell中的，因此如果在本身的进程中想要改变工作目录不要使用system(“cd”)命令。