文件I/O

文件描述符

对于内核而言，所有打开的文件都通过文件描述符引用。文件描述符是一个非负整数，每一个进程默认有三个已经打开的文件描述符与之关联，分别是标准输入0，标准输出1和标准错误2。POSIX规范在头文件unistd.h中对此定义了三个符号常量STDIN_FILENO，STDOUT_FILENO和STDERR_FILENO。

任何一个进程可以同时打开的文件数是有限制的，这个限制通常是由limits.h头文件中的常量OPEN_MAX定义的，它的值随系统的不同而不同，但POSIX规范要求它至少为16。

 

open函数

#include <fcntl.h>

int open(const char *pathname, int oflag, ... /* mode_t mode */);

open函数用来打开或创建一个文件，若成功返回文件描述符，否则返回-1。

pathname是要打开或创建文件的名字。

oflag参数是下列一个或多个常量执行按位或运算的结果杀

• O_RDONLY　　只读打开
• O_WRONLY　   只写打开
• O_RDWR           读写打开

上面三个常量必须指定一个并且只能指定一个，下面一些常量则是可选的：

• O_APPEND　　将写入追加到文件的尾端
• O_CREAT          若文件不存在，则创建它。使用该选项时，需要第三个参数mode，用来指定新文件的访问权限位
• O_EXCL             如果同时指定了O_CREAT，而文件已经存在，则会出错
• O_TRUNC          如果此文件存在，而且为只写或读写模式成功打开，则将其长度截短为0
• O_NOCTTY        如果pathname指的是终端设备，则不将该设备分配作为此进程的控制终端
• O_NONBLOCK   如果pathname指的是一个FIFO文件、块设备文件或字符设备文件，则此选项将文件的本次打开操作和后续的I/O操作设置为非阻塞模式

下面三个标志也是可选的。它们是Single UNIX Specification（以及POSIX.1）中同步输入和输出选项的一部分：

• O_DSYNC　　使每次write等待物理I/O操作完成，但是如果写操作并不影响读取刚写入的数据，则不等待文件属性被更新
• O_RSYNC       使每一个以文件描述符作为参数的read操作等待，直到任何对文件同一部分进行的未完成写操作都完成
• O_SYNC          使每次write都等待物理I/O操作完成，包括由write操作引起的文件属性更新所需的I/O

mode参数仅在oflag参数指定了O_CREAT选项时才被使用，用来指定新文件的访问权限位，这些标志在头文件sys/stat.h中定义：

• S_IRUSR　　读权限，文件属主
• S_IWUSR　　写权限，文件属主
• S_IXUSR        执行权限，文件属主
• S_IRGRP       读权限，文件所属组
• S_IWGRP       写权限，文件所属组
• S_IXGRP        执行权限，文件所属组
• S_IROTH        读权限，其他用户
• S_IWOTH       写权限，其他用户
• S_IROTH        执行权限，其他用户

有几个因素会对文件的访问权限产生影响。首先，指定的访问权限只有在创建文件时才会使用。其次，用户掩码会影响到被创建的文件的访问权限，也就是说，open给出的mode值与用户掩码的反值做AND运算后的结果，才是文件的真实访问权限。由open返回的文件描述符一定是最小的未被使用的描述符数值。

 

creat函数

#include <fcntl.h>

int creat(const char *pathname, mode_t mode);

也可以调用creat函数创建一个新文件，该函数等效于： open(pathname, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode); 函数执行成功返回打开的文件描述符，否则返回-1。

creat的一个不足之处是它以只写方式打开所创建的文件。

 

close函数

#include <unistd.h>

int close(int filedes);

close函数关闭一个打开的文件，执行成功返回0，否则返回-1。

关闭一个文件时还会释放该进程加在该文件上的所有锁。当一个进程终止时，内核会自动关闭它所有打开的文件。

 

lseek函数

#include <unistd.h>

off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence);

每个打开的文件都有一个与其相关联的当前文件偏移量。它通常是一个非负整数，用以度量从文劲啊开始处计算的字节数。通常，读、写操作都从当前文件偏移量处开始，并使偏移量增加所读写的字节数。按系统的默认情况，当打开一个文件时，除非指定O_APPEND选项，否则该偏移量被设置为0。

可以调用lseek显示地为一个打开的文件设置其偏移量。对参数offset的解释与参数whence的值有关：

• 若whence是SEEK_SET，则该文件的偏移量设置为距文件开始处offset个字节。
• 若whence是SEEK_CUR，则该文件的偏移量设置为当前值加offset，offset可为正或负。
• 若whence是SEEK_END，则该文件的偏移量设置为文件长度加offset，offset可为正或负。

若lseek执行成功，则返回新的文件偏移量，否则返回-1。

通常，文件的当前偏移量应当是一个非负整数，但是，某些设备也可能允许负的偏移量。但对于普通文件，则其偏移量必须是非负值。因为偏移量可能是负值，所以在比较lseek的返回值时应当谨慎，不要测试它是否小于0，而要测试它是否等于-1。

lseek仅将当前的文件偏移量记录在内核中，它并不引起任何I/O操作。然后，该偏移量用于下一个读或写操作。

文件偏移量可以大于文件的当前长度，在这种情况下，对该文件的下一次写将加长该文件，并在文件中构成一个空洞，所有位于文件中但并没有写过的字节都被读为0。

 

read函数

#include <unistd.h>

ssize_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes);

调用read函数从打开的文件中读取数据，如果执行成功，则返回读到的字节数，若已到文件末尾则返回0，出错则返回-1。

 

write函数

#include <unistd.h>

ssize_t write(int filedes, const void *buf, size_t nbytes);

调用write函数向打开的文件写入数据。执行成功返回写入的字节数，出错则返回-1。

其返回值通常与参数nbytes的值相同，否则表示出错。

 

下面是一个示例程序，用来演示底层I/O函数的用法。

 1 #include <unistd.h>

 2 #include <sys/stat.h>

 3 #include <fcntl.h>

 4 #include <stdlib.h>

 5 

 6 int main(void)

 7 {

 8     char block[4096];

 9     int in, out;

10     int nread;

11 

12     in  = open("file.in", O_RDONLY);

13     out = open("file.out", O_WRONLY|O_CREAT, S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP);

14     while ((nread = read(in, block, 4096)) > 0) {

15         write(out, block, nread);

16     }

17 

18     exit(0);

19 }