Linux下的文件IO编程

        Linux 系统调用(system call)是指操作系统提供给用户程序的一组“特殊接口”,用户程序可以通过这组“特殊”接口来获得操作系统提供的特殊服务。
        为了更好的保护内核空间,将程序的运行空间分为内核空间和用户空间,他们运行在不同的级别上,在逻辑上是相互隔离的。在 Linux 中,用户程序不能直接访问内核提供的服务,必须通过系统调用来使用内核提供的服务。
        Linux 中的用户编程接口(API)遵循了 UNIX 中最流行的应用编程界面标准—— POSIX。这些系统调用编程接口主要是通过 C 库(libc)实现的。
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        Linux下标准IO的这些操作你清楚吗(内附有详细的介绍和例程)

文件I/O简介

  • POSIX(可移植操作系统接口)定义的一组函数
  • 不提供缓冲机制,每次读写操作都执行系统调用
  • 核心概念是文件描述符
  • 访问各种类型文件

文件描述符

  • 每个打开文件对应一个文件描述符
  • 文件描述符是一个非负整数,Linux为程序中每个打开的文件分配一个文件描述符
  • 文件描述符从0开始分配,依次递增
  • 文件IO操作通过文件描述符完成

注意每个程序中打开的文件系统会单独分配文件描述符,互相不影响

文件I/O与标准I/O区别

标准I/O 文件I/O
ANSIC POSIX
带缓冲(减少系统调用次数) 无缓冲(读写文件需要进行系统调用
流(FILE结构体)打开文件 文件描述符表示一个打开的文件

打开文件(open)

open函数用来创建或者打开一个文件:

#include <fcntl.h>
int open(const char *path,int oflag,...);
//参数1:打开文件路径 参数2:打开方式
  • 成功时返回文件描述符;出错时返回EOF
  • 打开文件时使用两个参数
  • 创建文件时第三个参数所指定新文件的权限
  • 只能打开设备文件

Alt

示例1:
        以只写的方式打开1.txt。如果文件不存在就创建,如果文件存在就清空。
int fd;
if((fd=open("1.txt",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,0666))<0
{
	perror("open");
	return -1;
}
示例2:
        以读写方式打开文件1.txt。如果文件不存在则创建,如果文件存在则报错:
int fd;
if((fd=open("1.txt",O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL,0666))<0)
{
	if(errno==EEXIST)
	{
		perror("exist error");
	}
	else
	{
		perror("other error");
	}
}

关闭文件(close)

close函数用来关闭一个打开的文件:

#include <unistd.h>
int close(int fd);
  • 成功时返回0;出错时返回EOF
  • 程序结束时自动关闭所有打开的文件
  • 文件关闭以后不能再对文件进行任何操作

读取文件(read)

       read函数用来从文件中读取数据:

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t count);
  • 成功时返回实际读取的字节数;出错时返回EOF
  • 读到文件末尾时返回0
  • buf是接收数据的缓冲区
示例
       从指定的文件(文本文件)中读取内容并统计大小
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
	int fd,n,total=0;
	char buff[64];
	if(argc<2){
		prinff("Usage:%s<file>\n",argv[0];
		return -1;
	}
	if((fd=open(argv[1],O_RDONLY))<0){
		perror("open";
		return -1;
	}
	while((n=read(fd,buf,64))>0){//读取64个字节到buf中并保存返回值到n
		total+=n;//total的值即为文件的大小
	}
	printf("size:%d\n",total);
	return 0;
}

写入文件(write)

       write函数用来向文件写入数据:

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd,void *buf,size_t count);//buf写入内容;count写入大小
  • 成功时返回实际写入的字节数;出错时返回EOF
  • buf是发送数据的缓冲区
  • count不应超过buf的大小
示例
       将键盘输入的内容写入文件,直到输入quit结束:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
	int fd;
	char buf[20];
	//只写方式打开文件,如果文件不存在创建,如果文件存在则清空
	if((fd =open(argv[1],O_WRONLY|OCREAT|O_TRUNC,0666))<0{
		perror("open");
		return -1;
	}
	while(fgets(buf,20,stdin)!=NULL){
		if(strcmp(buf,"quit\n")==0)break;
		write(fd,buf,strlen(buf));
	}

定位文件(lseek)

       lseek函数用来定位文件:

#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd,off_t offset,intt whence);
  • 成功时返回当前文件的读写位置;出错时返回EOF
  • 参数offset和参数whence同fseek完全一样

访问目录(opendir/readdir)

       opendir函数用来打开一个目录文件

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#include <dirent.h>
DIR *opendir(const char *name);
  • DIR是用来描述一个打开的目录文件的结构体类型
  • 成功时返回目录流指针;出错时返回NULL

       readdir函数用来读取目录流中的内容

#include <dirent.h>
struct sirent *readdir(DIR *dirp);
  • struct dirent是用来描述目录流中一个目录项的结构体类型
  • 包含char d_name[256]等成员
  • 成功时返回目录流dirp中下一个目录项
  • 出错或到末尾时返回NULL

关闭目录(closedir)

       closedir用来关闭一个目录文件:

#include <dirent.h>
int closedir(DIR *drip);
示例:
       打印指定目录下所有文件的名称:
#include <stdio.h>
#include <dirent.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
	DIR *drip;
	struct dirent *dp;
	if(argc<2){
		printf("Usage :%s<directory>\n"argc[0]);return -1;
	}
	if((dirp=opendir(argv[1]))==NULL){
		perror("opendir");
		return -1;
	}
	while((dp=readdir(dirp))!=NULL){
		printf("%s\n",dp->d_name);
	}
	closedir(dirp);
	return 0;
}

修改文件属性(chmod/fchmod)

       chmod/fchmod函数用来修改文件的访问权限:

#include <sys/stat.h>
int chmod(const char *path,mode_t mode);
int fchmod(int fd,mode_t mode);
  • 成功时返回0;出错时返回EOF
  • root和文件所有者能修改文件的访问权限

获取文件属性(stat/lstat/fstat)

#include <stdio.h>
int stat(const char *path,struct stat *buf);
int lstat(const char *path,struct stat *buf);
int fstat(int fd,struct stat *buf);
  • 成功时返回0;出错时返回EOF;
  • 如果path是符号链接stat获取的是目标文件的属性;而lstat获取的是链接文件的属性

struct stat是存放文件属性的结构体类型:

结构体类型 作用
mode_t st_mode 类型和访问权限
uid_t st_uid 所有者id
uid_t st_gid 用户id
off_t st_size 文件大小
time_t st_mtime 最后修改时间

st_mode通过系统提供的宏来判断文件类型:
通过(st_mode&0170000)计算后得到的值和以下进行匹配

文件类型 计算值
S_ISREG(st_mode) 普通文件 0100000
S_ISDIR(st_mode)目录文件 0040000
S_ISCHR(st_mode) 0020000
S_ISBLK(st_mode) 0060000
示例
       获取并显示文件属性:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
	struct stat buf;
	struct tm *tp;//获取本地时间的指针
	int n;
	if(argc<2)
	{
		printf("Usage:%s <file>\n",argv[0]);
		return -1;
	}
	if(lstat(argv[1],&buf)<0)
	{
		perror("lstat");
		return -1;
	}
	switch(buf.st_mode&S_IFMT)
	{
		case S_IFRGE:
			printf("-");
			break;
		case S_IFDIR:
			printf("d");//是一个目录文件
			break;
	}
	for(n=8;n>=0;n--)
	{
		if(buf.st_mode&(1<<n))
		{
			switch(n%3)
			{
			case 2:
				printf("r");
			case 1:
				printf("w");
				break;
			case 0:
				printf("x");
				break;
			}
		}
		else
		{
			printf("-");			
		}
	}
	printf("%lu",buf.st_size);
	tp=localtime(buf.st_mtime);//转换为本地时间
	printf("%d-%02d-%02d",tp->tm_year+1900,tp->tm_mon+1,tp->tm_mday);//年月日 天数
	printf("%s\n",argc[1]);
	return 0;
}

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