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文件操作的一般步骤

在Linux系统中要操作一个文件，一般是先使用open函数打开文件，得到一个文件描述符，然后对文件进行读写操作（或其他操作），最后close关闭文件即可。

为何打开一个大文件时比较慢？

文件平时存放在块设备中的文件系统中，我们把这种文件叫静态文件。当使用open函数打开一个文件时，内核在进程中建立一个数据结构，记录我们打开的这个文件；内核在内存中申请一段内存，并且将静态文件的内容从块设备中读取到内存中特定地址管理存放（叫动态文件）。

为什么我们写了一半的文件，如果没有点保存直接关机/断电，重启后文件内容丢失。

打开文件后，对文件的读写操作，都是针对内存中这一份动态文件的，而并不是针对静态文件的。当我们对动态文件进行读写后，内存中的动态文件与块设备中的静态文件就不同步了。当我们使用close函数关闭动态文件时，内核会将将内存中的动态文件更新到块设备中的静态文件中。

因为块设备本身有读写限制，而内存可以按字节为单位来操作，而且可以随机操作，所以这样设计。

Llinux常用文件IO的API

常见的文件IO的API包括：open、close、write、read、lseek。

这些API的用法可以在命令行输入“man 2 xxx”进行了解。

一、open函数

函数原型

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

函数作用

open打开一个文件，返回该文件的文件描述符。

参数说明

（1）pathname表示文件的路径。

（2）flags表示一些读写权限。

特别说明

关于open函数中flags的含义，见博文文件IO4——open函数的参数flags详解_天糊土的博客-CSDN博客

代码示例

无。

二、close函数

函数原型

int close(int fd);

函数作用

close函数关闭一个文件。成功则返回0，失败则返回-1。

参数说明

fd 是要关闭的文件的文件描述符。

特别说明

无。

代码示例

无。

三、write函数

函数原型

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

函数作用

write函数将内存缓冲区buf中的count个字节数据写入fd所表示的文件中。

参数说明

（1）fd表示要写入哪个文件，fd一般由前面的open返回得到。

（2）buf是应用程序自己提供的一段内存缓冲区，用来存储要写入的内容。

（3）count是我们要写入的字节数。

（4）ssize_t类型是linux内核用typedef重定义的一个类型（其实就是int）。

特别说明

见read函数中的特别说明。

代码示例

无。

四、read函数

函数原型

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

函数作用

从fd所表示的文件中读取count个字节到buf中。返回值表示成功读取的字节数。

参数说明

（1）fd表示要读取哪个文件，fd一般由前面的open返回得到。

（2）buf是应用程序自己提供的一段内存缓冲区，用来存储读出的内容。

（3）count是我们要读取的字节数。

（4）ssize_t类型是linux内核用typedef重定义的一个类型（其实就是int）。

特别说明

（1）count和返回值的关系

count参数表示想要写或者读的字节数，返回值表示实际完成的写的或者读的字节数。实现的有可能等于想要写的，也有可能小于（说明没完成任务）。

（2）阻塞的情况

如果一个函数是阻塞式的，我们要读30个，结果读20个时就被阻塞住，等待剩余的10个可以读。

（3）count取值多少适宜

我们写程序时，如果要读取或者写入的是一个很庞大的文件（譬如文件有2MB），不能把count设置为2*1024*1024，而应该把count设置为一个合适的数字（譬如2048、4096），然后通过多次读取来实现全部读完。

代码示例

无。

五、lseek函数

函数原型

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

函数作用

将文件描述符fd所表示的文件的文件指针，以whence为参照基准，往后移动offset个字节。返回值表示实际偏移的字节数。

参数说明

（1）fd表示文件的描述符。

（2）offset表示偏移量（以字节为单位）。

（3）whence表示参照基准，比如SEEK_END\SEEK_SET\SEEK_CUR，分别表示文件尾、文件头、当前位置。

特别说明

lseek函数介绍
文件流很长，如何得知目前正在操作的位置？GUI模式下的软件用光标来标识当前正在操作的位置。在动态文件中，使用文件指针来表征这个正在操作的位置。这个指针不能被直接访问，Linux系统用lseek函数来访问这个文件指针。

打开一个空文件时，默认情况下文件指针指向文件流的开始，如果这时候去write，则是从文件开头处开始写入的。write和read函数本身自带移动文件指针的功能，所以write了n个字节后，文件指针也会自动向后移动n位。如果需要人为地随意地更改文件指针，只能通过lseek函数。

因为read和write函数都是从文件指针处开始操作的，所以使用lseek函数将文件指针移动后，read/write时就是从移动过后的文件指针所指的位置开始的。

lseek的应用情景

（1）用lseek计算文件长度

Linux中并没有一个函数可以直接返回一个文件的长度，但是我们做项目时经常需要知道一个文件的长度，这时候可以利用lseek来写一个函数得到文件长度。

代码实现

ret=lseek(fd,0,SEEK_END);

（2）用lseek构建空洞文件

空洞文件就是这个文件中有一段是空的（不是非可视字符，而是真的没有内容，但是占据存储空间）。普通文件中间是不能有空的，因为我们write时文件指针是依次从前到后去移动的，不可能绕过前面直接到后面。我们打开一个文件后，用lseek往后跳过一段，再write写入一段，就会构成一个空洞文件。

空洞文件方法对多线程共同操作文件是极其有用的。有时候我们要创建一个很大的文件，如果从头开始依次构建的话，耗费的时间很长。我们可以将文件分为多段，然后利用多线程，每个线程负责其中一段的写入。

代码示例

无。

六、exit、_exit、_Exit 函数

当程序在前面步骤失败导致后面的操作不能继续进行时，应该在前面的错误监测中结束整个程序。

结束程序有两种方法：

第一种：在main用return，一般原则是程序正常终止return 0，如果程序异常终止则return -1。
第二种：使用exit、_exit、_Exit三者之一。

七、perror函数

errno

Linux系统中对各种常见错误做了编号，当函数执行错误时，函数会返回一个特定的errno编号来告诉我们这个函数到底哪里错了。

errno全称是error number，意思是“错误号码”。它是由OS来维护的一个全局变量，任何OS内部函数都可以通过设置errno来告诉上层调用者究竟刚才发生了一个什么错误。

errno本质是一个int类型的数字，每个数字编号对应一种错误。我们从errno这个变量里只能得知它的值是多少，不知道这个值所代表的错误信息。

perror函数

因此Linux系统提供了一个perror函数（意思print error）（它用命令man 2 xxx显示不出来，要用man 3 xxx才行。这说明它是C库函数？）。perror函数内部会读取errno，然后将这个不好认的数字转换成对应的错误信息字符串，然后print打印出来。

八、dup函数 

dup函数原型

int dup(int oldfd);

dup函数作用

该函数对旧的fd进行复制，返回值是一个新的文件描述符。

参数说明

oldfd是要进行复制的文件描述符。

补充说明

（1）dup函数不能指定复制得到的fd的值，而是由操作系统内部自动分配的。分配的原则遵守fd分配的原则，即分配没被占用的且数值最小的fd。

（2）dup函数返回的fd，和原来的oldfd，都表示原来oldfd所表示的那个动态文件，操作这两个fd实际操作的是oldfd表示的那个文件。这就构成了文件共享。（文件共享的三种方式之一，其他两种方式：同一进程中多次使用open函数打开同一文件，不同进程中打开同一文件。）

（3）利用dup返回的fd和原来的oldfd同时向一个文件写入时，结果应该是分别写。

（4）标准输出的重定位

利用上面3点的补充说明，可以实现标准输出的重定位。我们已知fd=0,1,2默认分别被标准输入文件、标准输出文件、错误通道文件占用，但我们可以使用close函数关闭这三个文件。比如我们可以用close(1)来关闭标准输出，关闭后我们使用printf函数时，屏幕上不再显示内容输出的内容。close(1)之后，fd=1这个就空出来了，没有被占用。由于dup函数分配fd时，分配没被占用且数值最小的fd，那么我们使用dup函数去复制文件 test.txt 的fd时，返回的fd就是之前被释放不在被占用的fd=1。这样一来，fd=1就指向了文件test.txt。由于fd=1所表示的文件被默认是标准输出，所以使用echo命令、ls命令、printf函数等，都会将显示的内容输出到文件test.txt里面。这就实现了标准输出的重定位。

也就说，可以利用“open文本文件得到文件描述符+close标准输出的文件描述符+dup文本文件的描述符”的形式，实现标准输出的重定位。

Linux 中的重定位符“>”，其实也是利用open+close+dup来实现的。open打开一个文件2.txt，然后close关闭stdout，然后dup将1和2.txt文件关联起来即可。

九、fcntl函数

函数原型

int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );

函数作用

fcntl函数是一个多功能的文件管理的工具箱。

参数说明

（1）fd表示此函数要操作的文件的文件描述符。

（2）cmd表示此函数要进行的操作。

（3）变参用来传递参数，配合cmd使用。

补充说明

（1）cmd的样子类似于F_XXX，不同的cmd具有不同的功能。

（2）fcntl函数常用的cmd：F_DUPFD

此cmd的作用是复制文件描述符，类似于dup函数。

它从可用的fd数字列表中找一个大于或者等于arg的数字作为原来文件描述符的复制。