Linux-C 文件操作

一、简述

记--Linux环境下C语言编程的文件操作。

两种操作文件的方式：

1、系统I/O：系统调用接口，open(), read(), write(), lseek(), close()。是操作系统直接提供的编程接口（API）。

2、标准/IO：标准库的I/O函数，fopen(), fread(), fwrite(), fseek(), fclose()，是对系统调用接口进一步封装。

系统I/O常用于硬件级别，可以设置读缓冲区，一般没有写缓冲区；

标准I/O常用于软件级别，自带读写缓冲区。

二、系统I/O

2.1 open()函数

功能	打开一个指定的文件并获得文件描述符，或者创建一个新文件
头文件	#include <sys/types.h>
	#include <sys/stat.h>
	#include <fcntl.h>
原型	*int open(const char pathname, int flags);**
	*int open(const char pathname, int flags, mode_t mode);**
参数	pathname	要打开的文件路径名称
	flags	O_RDONLY	只读方式打开文件	这三个参数互斥
		O_WRONLY	只写方式打开文件
		O_RDWR	读写方式打开文件
		O_CREAT	如果文件不存在，则创建该文件
		O_TRUNC	如文件已经存在，则删除文件中原有数据
		O_APPEND	以追加方式打开文件
	mode	如果文件被新建，指定其权限为mode（八进制表示法）
返回值	成功	大于等于0 的整数（即文件描述符）
	失败	-1,并且errno会被设置

补充说明：

1）flags 的各种取值可以用位或的方式叠加起来，例如创建文件的时候需要满足这样的
选项：读写方式打开，不存在要新建，如果存在了则清空。则flags 的取值应该是：O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC。
2）mode 是八进制权限，比如0644，或者0755 等。也可以是使用系统已定义的

S_IRWXU 00700 user (file owner) has read, write, and execute permission //用户可读写执行权限

S_IRUSR 00400 user has read permission//用户写权限

S_IWUSR 00200 user has write permission//用户写权限

S_IXUSR 00100 user has execute permission//用户执行权限（更多选项可查询man手册:man 2 open）

比如新创建的文件权限只需要读写权限：S_IRUSR | S_IWUSR

3）文件描述符

其实是一个数组的下标值，在内核中打开的文件是用 file 结构体来表示的，每一个结构体都会有一个指针来指向它们，这些指针被统一存放在一个叫做 fd_array 的数组当中，而这个数组被存放在一个叫做 files_struct 的结构体中，该结构体是进程控制块 task_struct 的重要组成部分。

2.2 close()函数

功能	关闭文件并释放相应资源
头文件	#include <unistd.h>
原型	int close(int fd);
参数	fd	要关闭的文件的描述符
返回值	成功	0
	失败	-1
备注	重复关闭一个已经关闭了的文件或者尚未打开的文件是安全的。

2.3 read()函数

功能	从指定文件中读取数据
头文件	#include <unistd.h>
原型	ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
参数	fd	从文件 fd 中读数据，（fd是某个文件的描述符）
	buf	指向存放读到的数据的缓冲区，（就是放数据的内存首地址）
	count	想要从文件 fd 中读取的字节数
返回值	成功	实际读到的字节数
	失败	-1
备注	实际读到的字节数小于等于 count

补充说明：

ssize_t ：是类型重定义，为了跨平台兼容。比如说long在32位系统可能是4字节，64位系统可能是8字节，嵌入式开发有的只有16位，那么int只有2个字节。

但是在编程时往往需要根据类型大小来进行操作数据，例如在64位系统编程时8字节使用long类型，如果移植到32位系统时long只有4字节，那么就需要改动好多个地方，所以重定义一种类型，然后根据实际系统再指定，方便改动移植。例如：重定义ssize类型是8字节的，在32位系统，我可以将long long重定义为ssize类型，如果是64位系统可以定义为long类型，这样只需改动一处。

2.4 write()函数

功能	将数据写入指定的文件
头文件	#include <unistd.h>
原型	ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
参数	fd		将数据写入到文件fd 中（fd是某个文件的描述符）
	buf		指向即将要写入的数据，（要写的数据的内存首地址）
	count		要写入的字节数
返回值	成功	实际写入的字节数
	失败	-1
备注	实际写入的字节数小于等于 count

2.5 lseek()函数

功能	调整文件位置偏移量
头文件	#include <sys/types.h> #include <unistd.h>
原型	off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
参数	fd			要调整位置偏移量的文件的描述符
	offset			相对基准点的偏移大小
	whence：基准点		SEEK_SET：文件开头处
			SEEK_CUR：当前位置
			SEEK_END：文件末尾处
返回值	成功	新文件位置偏移量（相对于文件开头的偏移）
	失败	-1
备注	可用 file-size= lseek(fd,0,SEEK_END)；来测量文件大小

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
	int fd;
	int wr_ret;
	int rd_ret;
	unsigned long file_size;
	char wr_buf[100] = "hello world";
	char rd_buf[100];

	fd = open("a.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IROTH);//等价于fd = open("a.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0x604);
	if(fd == -1)
	{
		perror("open file error:");//只有上面的函数设置了error全局错误号，才可使用，会根据error输出对应的错误信息
		return -1;
	}
	printf("fd = %d\n", fd);

	wr_ret = write(fd, wr_buf, sizeof(wr_buf));
	if(wr_ret == -1)
	{
		perror("write file error:");
		return -1;
	}
	printf("wr_ret = %d\n", wr_ret);

	lseek(fd, 0, SEEK_SET);//上面的写操作，文件位置偏移量也会相应的移动，此处将文件偏移到文件开始位置，然后才能读取刚刚输入的内容
	rd_ret = read(fd, rd_buf, sizeof(rd_buf));
	if(rd_ret == -1)
	{
		perror("read file error:");
		return -1;
	}
	printf("rd_ret = %d\n",rd_ret);
	printf("content=%s\n", rd_buf);

	file_size = lseek(fd, 0, SEEK_END);
	printf("file_size = %lu\n", file_size);

	close(fd);//关闭文件

	return 0;
}

运行结果：

2.5 mmap()函数

功能	将物理内存映射为虚拟内存，为了提高效率。(比如将一个文件映射到虚拟内存，以操作内存的方式进行数据的读写，但是不会改变文件的大小，一般不用于普通文件)
头文件	#include <sys/mman.h>
原型	void mmap(void addr, size_t length, int prot, int flags,int fd, off_t offset);
参数	addr		从虚拟内存的哪个地址开始去映射这片内存 NULL代表由系统决定映射起始地址
	length		映射的内存长度（字节为单位）
	port		决定这块内存的操作权限，以下数值可以相或 PROT_EXEC Pages may be executed. 执行权限 PROT_READ Pages may be read. 读权限 PROT_WRITE Pages may be written. 写权限 PROT_NONE Pages may not be accessed. 无权限
	flags		操作标志 MAP_SHARED：在多进程中把这块内存共享给其他进程 MAP_PRIVATE：不共享内存
	fd		将数据写入到文件fd 中（fd是某个文件的描述符）
	offset		基于文件头偏移多少单位开始映射
返回值	成功	成功返回映射的虚拟地址
	失败	失败返回MAP_FAILED，其实就是个-1， errno会被设置
备注	取消映射 int munmap(void *addr, size_t length); addr：映射的起始地址 length：取消的长度成功返回0，失败返回-1

更多请查看man手册：man 2 mmap

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h> //mencpy()

int main(void)
{
	int fd;
	char *map_ptr;

	int retval;

	fd = open("a.txt",O_RDWR);
	if(fd == -1)
	{
		perror("open failed:");
		return -1;
	}
	

	map_ptr = mmap( NULL, 100, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
	if(map_ptr == MAP_FAILED)
	{
		perror("map memory failed:");
		return -1;
	}

	printf("%s", map_ptr);

	memcpy(map_ptr, "haha", 5);


	retval = munmap(map_ptr, 100);
	if(retval == -1)
	{
		perror("munmap failed:");
		return -1;
	}

	close(fd);

	return 0;
}

运行结果：

三、标准I/O

3.1 fopen()函数

功能	获取指定文件的文件指针
头文件	#include <stdio.h>
原型	FILE *fopen(const char path, const char mode);
参数	path	要打开的文件的路径名称
	mode	“r” : 以只读方式打开文件，要求文件必须存在。
		“r+” : 以读写方式打开文件，要求文件必须存在。
		“w” : 以只写方式打开文件，文件如果不存在将会创建新文件，如果存在将会将其内容清空。
		“w+” : 以读写方式打开文件，文件如果不存在将会创建新文件，如果存在将会将其内容清空。
		“a” : 以只写方式打开文件，文件如果不存在将会创建新文件，且文件位置偏移量被自动定位到文件末尾（即以追加方式写数据）。
		“a+” : 以读写方式打开文件，文件如果不存在将会创建新文件，第一次用于写数据则文件位置偏移量被自动定位到文件末尾（即以追加方式写数据），如果第一次用于读数据，文件位置偏移位置会定位到文件开始。
返回值	成功	文件指针
	失败	NULL
备注	返回的文件指针是一种指向结构体 FILE{}的指针，文件描述符就被封装在FILE结构体里面

程序一开始默认打开3个文件

设备	文件描述符（int）		文件指针（FILE *）
标准输入设备（键盘）	0	STDIN_FILENO	stdin
标准输出设备（屏幕）	1	STDOUT_FILENO	stdout
标准出错设备（屏幕）	2	STDERR_FILENO	stderr

3.2 fclose()函数

功能	关闭指定的文件并释放其资源
头文件	#include <stdio.h>
原型	int fclose(FILE *fp);
参数	fp	即将要关闭的文件
返回值	成功	0
	失败	EOF
备注	fclose( )不能对一个文件重复关闭

3.3 fread()函数

功能	从指定文件读取若干个数据块
头文件	#include <stdio.h>
原型	size_t fread(void ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE stream);
参数	ptr	自定义缓冲区指针,（通俗的说就是要存放读取出来的数据的地方）
	size	数据块大小
	nmemb	数据块个数
	stream	即将被读取数据的文件指针
返回值	成功	读取的数据块个数，等于 nmemb
	失败	读取的数据块个数，小于 nmemb 或等于 0
备注	当返回小与 nmemb 时，文件 stream 可能已达末尾，或者遇到错误

3.4 fwrite()函数

功能	将若干块数据写入指定的文件
头文件	#include <sys/ioctl.h>
原型	size_t fwrite(const void ptr, size_t size, size_t nmemb,FILE stream);
参数	ptr：自定义缓冲区指针
	size：数据块大小
	nmemb：数据块个数
	stream：即将被写入数据的文件指针
返回值	成功	写入的数据块个数，等于 sinmembze
	失败	写入的数据块个数，小于 nmemb 或等于 0
备注	无

3.5 fseek()函数

功能	设置指定文件的当前位置偏移量
头文件	#include <sys/ioctl.h>
原型	int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);
参数	stream：需要设置位置偏移量的文件指针
	offset：新位置偏移量相对基准点的偏移
	whence：基准点		SEEK_SET：文件开头处
			SEEK_CUR：当前位置
			SEEK_END：文件末尾处
返回值	成功	0
	失败	-1
备注	无

3.6 ftell()函数

功能	获取指定文件的当前位置偏移量
头文件	#include <sys/ioctl.h>
原型	long ftell(FILE *stream);
参数	stream：需要返回当前文件位置偏移量的文件指针
返回值	成功	当前文件位置偏移量
	失败	-1
备注	无

3.7rewind()函数

功能	将指定文件的当前位置偏移量设置到文件开头处
头文件	#include <sys/ioctl.h>
原型	void rewind(FILE *stream);
参数	stream：需要设置位置偏移量的文件指针
返回值	无
备注	该函数的功能是将文件 strean 的位置偏移量置位到文件开头处。

简单例子：

#include <stdio.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
	int wr_ret;
	int rd_ret;
	FILE *fp;
	unsigned long file_size;
	char wr_buf[100] = "hello world";
	char rd_buf[100];

	fp = fopen( "a.txt", "a+" );//文件追加，可读可写，文件不存在则创建
	if(fp == NULL)
	{
		perror("open file error:");//只有上面的函数设置了error全局错误号，才可使用，会根据error输出对应的错误信息
		return -1;
	}

	wr_ret = fwrite( wr_buf, sizeof(wr_buf), 1, fp);
	printf("wr_ret = %d\n", wr_ret);

	rewind(fp);//上面的写操作，文件位置偏移量也会相应的移动，此处将文件偏移到文件开始位置，然后才能读取刚刚输入的内容
	rd_ret = fread(rd_buf, sizeof(rd_buf), 1, fp);
	printf("rd_ret = %d\n",rd_ret);
	printf("content=%s\n", rd_buf);

	fseek(fp, 0, SEEK_END);
	file_size = ftell(fp);
	printf("file_size = %lu\n", file_size);

	fclose(fp);//关闭文件

	return 0;
}

运行结果

Linux-C 文件操作

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