文件IO基础

文件 I/O 指的是对文件的输入/输出操作，说白了就是对文件的读写操作； Linux 下一切皆文件，文件作为 Linux 系统设计思想的核心理念，在 Linux 系统下显得尤为重要，所以对文件的 I/O 操作既是基础也是最重要的部分。

一个简单的文件 IO示例

一个通用的 IO 模型通常包括打开文件、读写文件、关闭文件这些基本操作，主要涉及到 4 个函数： open()、 read()、 write()以及 close()

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

int main(void)
{
    char buff[1024];
    int fd1, fd2;
    int ret;

    /* 打开源文件 src_file(只读方式) */
    fd1 = open("./src_file", O_RDONLY);
    if (-1 == fd1)
        return fd1;

    /* 打开目标文件 dest_file(只写方式) */
    fd2 = open("./dest_file", O_WRONLY);
    if (-1 == fd2) {
        ret = fd2;
        goto out1;
    }

    /* 读取源文件 1KB 数据到 buff 中 */
    ret = read(fd1, buff, sizeof(buff));
    if (-1 == ret)
        goto out2;

    /* 将 buff 中的数据写入目标文件 */
    ret = write(fd2, buff, sizeof(buff));
    if (-1 == ret)
        goto out2;

    ret = 0;

out2:
    /* 关闭目标文件 */
    close(fd2);

out1:
    /* 关闭源文件 */
    close(fd1);

    return ret;
}

从源文件 src_file 中读取 1KB 数据，然后将其写入到目标文件 dest_file 中,在进行读写操作之前，首先调用 open 函数将源文件和目标文件打开，成功打开之后再调用 read 函数从源文件中读取 1KB 数据，然后再调用 write 函数将这 1KB 数据写入到目标文件中

文件描述符

调用 open 函数会有一个返回值，譬如示例代码 2.1.1 中的 fd1 和 fd2，这是一个 int 类型的数据，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），这说明文件描述符是一个非负整数

当调用 open 函数打开一个现有文件或创建一个新文件时，内核会向进程返回一个文件描述符，用于指代被打开的文件，所有执行 IO 操作的系统调用都是通过文件描述符来索引到对应的文件

在 Linux 系统下，我们可以通过 ulimit 命令来查看进程可打开的最大文件数，用法如下所示：

bash

ulimit -n

该最大值默认情况下是 1024，也就意味着一个进程最多可以打开 1024 个文件，当然这个限制数其实是可以设置的，

open 打开文件

在 Linux 系统中要操作一个文件，需要先打开该文件，得到文件描述符，然后再对文件进行相应的读写操作（或其他操作），最后在关闭该文件； open 函数用于打开文件，当然除了打开已经存在的文件之外，还可以创建一个新的文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

在 Linux 系统下，可以通过 man 命令（也叫 man 手册）来查看某一个 Linux 系统调用的帮助信息， man命令可以将该系统调用的详细信息显示出来

bash

man 2 open #查看 open 函数的帮助信息

在应用程序中使用 open 函数时，需要包含 3 个头文件“#include<sys/types.h>”、“#include <sys/stat.h>”、“#include <fcntl.h>”。函数参数和返回值含义如下：

- pathname： 字符串类型，用于标识需要打开或创建的文件，可以包含路径
- flags： 调用 open 函数时需要提供的标志， 包括文件访问模式标志以及其它文件相关标志

open 函数使用示例

使用 open 函数打开一个已经存在的文件（例如当前目录下的 app.c 文件），使用只读方式打开：

int fd = open("./app.c", O_RDONLY)
if (-1 == fd)
  return fd;

使用 open 函数打开一个已经存在的文件（例如当前目录下的 app.c 文件），使用可读可写方式打开：

int fd = open("./app.c", O_RDWR)
if (-1 == fd)
  return fd;

使用 open 函数打开一个指定的文件（譬如/home/dengtao/hello），使用可读可写方式,如果该文件是一个符号链接文件，则不对其进行解引用，直接返回错误：

int fd = open("/home/dengtao/hello", O_RDWR | O_NOFOLLOW);
if (-1 == fd)
  return fd;

将文件权限设置如下：文件所属者拥有读、写、执行权限；同组用户与其他用户只有读权限。使用可读可写方式打开：

int fd = open("/home/dengtao/hello", O_RDWR | O_CREAT, S_IRWXU | S_IRGRP | S_IROTH);
if (-1 == fd)
  return fd;

write 写文件

调用 write 函数可向打开的文件写入数据，其函数原型如下所示

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

函数参数和返回值含义如下：

- fd： 文件描述符。与 write 函数的 fd 参数意义相同。
- 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。

close 关闭文件

可调用 close 函数关闭一个已经打开的文件，其函数原型如下

#include <unistd.h>
int close(int fd);

数参数和返回值含义如下：

- 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。

显式关闭不再需要的文件描述符往往是良好的编程习惯，会使代码在后续修改时更具有可读性，也更可靠，进而言之，文件描述符是有限资源，当不再需要时必须将其释放、归还于系统。

lseek

对于每个打开的文件，系统都会记录它的读写位置偏移量，我们也把这个读写位置偏移量称为读写偏移量

读写偏移量用于指示 read()或 write()函数操作时文件的起始位置，会以相对于文件头部的位置偏移量来表示，文件第一个字节数据的位置偏移量为 0。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence)

函数参数和返回值含义如下：

- fd： 文件描述符。
- 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）

使用示例：

将读写位置移动到文件开头处：

off_t off = lseek(fd, 0, SEEK_SET);
if (-1 == off)
  return -1;

将读写位置移动到文件末尾：

off_t off = lseek(fd, 0, SEEK_END);
if (-1 == off)
  return -1;

将读写位置移动到偏移文件开头 100 个字节处：

off_t off = lseek(fd, 100, SEEK_SET);
if (-1 == off)
  return -1;

获取当前读写位置偏移量：

off_t off = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
if (-1 == off)
  return -1;

函数执行成功将返回文件当前读写位置

文件IO基础 ​

一个简单的文件 IO示例 ​

文件描述符 ​

open 打开文件 ​

open 函数使用示例 ​

write 写文件 ​

close 关闭文件 ​

lseek ​

使用示例： ​