文件I/O基础

本章将介绍Linux应用编程中最基础的知识，即文件I/O（Input/Output）。文件I/O指的是对文件进行读写操作，在Linux系统中一切皆文件，这是Linux系统设计的核心理念，因此文件I/O操作既是基础又是最重要的部分。本章将讨论以下主题：

文件描述符的概念
打开文件（open()）和关闭文件（close()）
写文件（write()）和读文件（read()）
文件读写位置偏移量

1、概念

文件 I/O（input/output） 指的是对文

件的输入/输出操作,即对文件的读写操作

流程

• 打开文件

• 读写文件

• 关闭文件

文件描述符

• 概念

  • 在 open函数执行成功的情况下，会返回一个非负整数，该返回值就是一个文件描述符（file descriptor）

    • 文件句柄

    • 一个非负整数

    • 与对应文件相绑定

      • 所有打开的文件都会通过文件描述符进行索引

• 分配

  • 分配一个最小的没有被使用的整数作为文件描述符

    • 文件描述符一般都是从 3 开始

      • 0、1、2 这三个文件描述符已经默认被系统占用
        了，分别分配给了系统标准输入（0）、标准输出（1）以及标准错误（2）

Linux 系统下，一切皆文件

2、打开文件：open()函数

原型

• #include <sys/types.h>
  #include <sys/stat.h>
  #include <fcntl.h>

• int open(const char *pathname, int flags);

  • 用于打开文件

• int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

  • 用于创建文件

参数

• pathname

  • 标识需要打开或创建的文件，可以包含路径（绝对路径或相对路径）信息

• flags

  • 文件访问模式标志以及其它文件相关标志

  • 既可以单独使用某一个标志，也可以通过位或运算（|）

  • 不同内核版本所支持的 flags 标志是存在差别的

• mode

  • 指定新建文件的访问权限

  • 只有当 flags 参数中包含 O_CREAT 或O_TMPFILE 标志时才有效（O_TMPFILE 标志用于创建一个临时文件）

  • 通过 chmod 命令对文件权限进行修改

  • 使用"ls -l"命令来查看到文件所对应的权限

  • u32 无符号整形数据

    • O—这 3 个 bit 位用于表示其他用户的权限

    • G—这 3 个 bit 位用于表示同组用户（group）的权限，即与文件所有者有相同组 ID 的所有用户

    • U—这 3 个 bit 位用于表示文件所属用户的权限，即文件或目录的所属者

    • S—这 3 个 bit 位用于表示文件的特殊权限

返回值

• 成功将返回文件描述符，文件描述符是一个非负整数；失败将返回-1

3、写文件：write()函数

原型

• #include <unistd.h>

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

参数

• fd

  • 文件描述符，指定目标文件

• buf

  • 指定写入数据对应的缓冲区，即存放要写入的数据

• count

  • 指定写入的字节数

返回值

• 如果成功将返回写入的字节数（0 表示未写入任何字节）

• 如果此数字小于 count 参数，这不是错误，譬如磁盘空间已满，可能会发生这种情况

• 如果写入出错，则返回-1

4、读文件：read()函数

原型

• #include <unistd.h>

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

参数

• fd

  • 文件描述符，指定目标文件

• buf

  • 指定用于存储读取数据的缓冲区

• count

  • 指定需要读取的字节数

返回值

• 成功读取后返回实际读取的字节数。

• 实际读取的字节数可能小于 count 参数指定的字节数。可能情况包括：

  • 当前文件位置偏移量已经到了文件末尾，此时 read 函数返回成功但实际读取字节数为 0。

  • 当要求读取的字节数大于文件剩余的字节数时，read 函数只能返回文件剩余字节数，而不会读取更多。

  • 举例：如果文件在末尾之前只有 30 个字节数据，而要求读取 100 个字节，则 read 函数成功调用时只能返回 30；而下一次再调用 read 读取时，则会返回 0（表示已到达文件末尾）。

• 如果写入出错，则返回-1

5、关闭文件：close()函数

原型

• #include <unistd.h>

• int close(int fd);

参数

• fd

  • 文件描述符，需要关闭的文件所对应的文件描述符

返回值

• 如果成功返回 0

• 如果失败则返回-1

6、调整读写位置偏移：lseek()函数

原型

• #include <sys/types.h>
  #include <unistd.h>

• off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

参数

• fd

  • 文件描述符，目标文件

• offset

  • 偏移量，以字节为单位

• whence

  • 用于定义参数 offset 偏移量对应的参考值，该参数为下列其中一种（宏定义）：

    • SEEK_SET

      • 读写偏移量将指向 offset 字节位置处（从文件头部开始算）

    • SEEK_CUR

      • 读写偏移量将指向当前位置偏移量 + offset 字节位置处，offset 可以为正、也可以为负

    • SEEK_END

      • 读写偏移量将指向文件末尾 + offset 字节位置处，同样 offset 可以为正、也可以为负

返回值

• 成功将返回从文件头部开始算起的位置偏移量（字节为单位）

• 错误将返回-1