【Linux C | 文件I/O】文件的读写 | read、write、lseek 函数

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本文内容：介绍 read、write、lseek 函数
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一、概述

在Linux系统中，大多数文件I/O只需要用到5个函数：open、read、write、lseek、close，上篇文章介绍了open、creat、close，本文继续介绍剩下的读写操作相关的函数：read、write、lseek。

二、read 函数

函数原型

#include 
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

read 函数可以从打开的文件描述符读取数据。

• 参数：
  fd,：要操作的文件描述符
  buf：目标缓冲区
  count：期望读取的字节数
• 返回值：
  成功：返回读取到的字节数。到达文件尾返回0。
  出错：返回 -1。

返回的字节数少于要求读取的字节数的几个情况：

• 1、读取普通文件时，在读取到要求的字节数之前已经到达文件末尾。例如：距离文件尾端只有30个字节，要求读取100字节，就会返回30，下次再读取返回0.
• 2、读取终端设备时，通常一次最多读取一行；
• 3、从网络读取数据时，网络中的缓冲机制可能造成返回值小于要读取的字节数；
• 4、当从管道或FIFO读时，如若管道包含的字节少于所需的数量，那么read将只返回实际可用的字节数。
• 5、当从某些面向记录的设备（如磁带）读时，一次最多返回一个记录。
• 6、当一信号造成中断，而已经读了部分数据量时。读操作从文件的当前偏移量处开始，在成功返回之前，该偏移量将增加实际读到的字节数。

三、write 函数

函数原型

#include 
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

write 函数可以向已打开的文件描述符写入数据。

• 参数：
  fd：文件描述符
  buf：源数据的缓冲区
  count：期望写入的字节数
• 返回值：
  成功：返回实际写入字节数
  出错：返回 -1。

其返回值通常与参数count的值相同，否则表示出错。write出错的一个常见原因是:磁盘已写满，或者超过了一个给定进程的文件长度限制。

对于普通文件，写操作从文件的当前偏移量处开始。如果在打开该文件时，指定了O_APPEND选项，则在每次写操作之前，将文件偏移量设置在文件的当前结尾处。在一次成功写之后，该文件偏移量增加实际写的字节数。

四、lseek 函数

✨4.1 文件偏移量

每个打开的文件都有一个与其相关联的“当前文件偏移量”(current file offset)。它通常是一个非负整数，用以度量从文件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。按系统默认的情况，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。

✨4.2 lseek 函数

函数原型

#include 
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

write 函数可以修改已打开的文件描述符的文件偏移量。

• 参数：

  • fd：文件描述符
  • offset：偏移量
  • whence：偏移的起始位置，有三个取值
    SEEK_SET，则将该文件的偏移量设置为距文件开始处offset个字节。
    SEEK_CUR，则将该文件的偏移量设置为其当前值加offset，offset可为正或负。
    SEEK_END，则将该文件的偏移量设置为文件长度加offset，offset可为正或负。

• 返回值：
  成功：移动后的目标位置与文件开始处的偏移量。
  失败：返回-1。

lseek 函数执行成功后，会返回新的文件偏移量，所以用下面语句来查看文件大小和当前文件偏移量：

size = lseek(fd, 0, SEEK_END);// 文件大小
cur  = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);// 查看当前的文件偏移量

这种方法也可用来确定所涉及的文件是否可以设置偏移量。如果文件描述符引用的是一个管道、FIFO或网络套接字，则1seek返回-1，并将errno设置为ESPIPE。

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在超越文件末尾位置写入数据，将文件中形成空洞。文件空洞不占磁盘空间，但被算在文件大小内。

五、总结

介绍Linux C语言编程文件I/O相关的函数：read、write、lseek。
最后看下面例子，帮助理解这几个函数：

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
	char buf[64] = {0};
	int fd = open("./test", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0775);

	int cur = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
	printf("cur pos=%d\n", cur);

	int writeLen = write(fd, "abcdefg", strlen("abcdefg"));

	cur = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
    printf("cur pos=%d\n", cur);

	int readLen = read(fd, buf, sizeof(buf));// 文件偏移量在末端，返回0，什么也读取不到
	printf("readLen=%d buf=[%s]\n", readLen, buf);

	lseek(fd, -3, SEEK_CUR); // 倒退3个字节，可以读取到 efg
	bzero(buf, sizeof(buf));
	readLen = read(fd, buf, sizeof(buf));
    printf("readLen=%d buf=[%s]\n", readLen, buf);

	lseek(fd, 0, SEEK_SET); // 偏移量移到文件开头, 读取到 abcdefg
	bzero(buf, sizeof(buf));
	readLen = read(fd, buf, sizeof(buf));
	printf("readLen=%d buf=[%s]\n", readLen, buf);

	lseek(fd, 3, SEEK_END); // 在文件末尾之后再偏移 3 个字节，会形成空洞
	writeLen = write(fd, "abcdefg", strlen("abcdefg")); // 写完后，会有17个字节，7+3+7
	lseek(fd, 0, SEEK_SET); // 偏移量移到文件开头, 读取到 abcdefg   abcdefg
	bzero(buf, sizeof(buf));
	readLen = read(fd, buf, sizeof(buf));
	int size =  lseek(fd, 0, SEEK_END); // 偏移到文件末端，查看文件大小
    printf("readLen=%d buf=[%s] size=%d\n", readLen, buf, size);// 这里的buf会打印不全,因为有3个空洞字节，读出来是0
	int i=0;
	for(i=0; i<size; i++)
	{
		printf("%d=%d\n",i, buf[i]);
	}

	close(fd);
	return 0;
}

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