文件操作

打開文件

1.使用open()函數(shù)打開和創(chuàng)建文件

• 手冊(cè)文件 man 2 open

函數(shù)頭文件及函數(shù)原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname替饿， int flags)整陌；
int open(const char *pathname癣籽， int flags豌习， mode_t mode)；

函數(shù)參數(shù)：

  pathname：待打開文件的絕對(duì)路徑和文件名。

  flags：打開的旗標(biāo)類型，或稱模式，
  O_RDONLY      只讀模式打開文件
  O_WRONLY      只寫模式打開文件
  O_RDWR        讀寫模式打開文件
  O_CREAT       若欲打開的文件不存在則自動(dòng)建立該文件
  O_TRUNC       若文件存在并且以可寫的方式打開時(shí)震糖， 此旗標(biāo)會(huì)令文件長(zhǎng)度清為0， 
                而原來存于該文件的資料也會(huì)消失趴腋。
  O_EXCL        如果O_CREAT 也被設(shè)置, 此指令會(huì)去檢查文件是否存在吊说。 
                文件若不存在則建立該文件，否則將導(dǎo)致打開文件錯(cuò)誤. 
                此外, 若O_CREAT 與O_EXCL 同時(shí)設(shè)置优炬，并且欲打開的文件為符號(hào)連接颁井， 
                則會(huì)打開文件失敗。

  參數(shù)mode僅在flags中含有O_CREAT時(shí)有效蠢护，設(shè)定新建文文件的打開權(quán)限雅宾，有下列數(shù)種組合,
  S_IRWXU             00700 權(quán)限，代表該文件所有者具有可讀葵硕、可寫及可執(zhí)行的權(quán)限眉抬。
  S_IRUSR 或S_IREAD,  00400 權(quán)限，代表該文件所有者具有可讀取的權(quán)限懈凹。
  S_IWUSR 或S_IWRITE, 00200 權(quán)限蜀变，代表該文件所有者具有可寫入的權(quán)限。
  S_IXUSR 或S_IEXEC,  00100 權(quán)限介评，代表該文件所有者具有可執(zhí)行的權(quán)限库北。
  S_IRWXG             00070 權(quán)限，代表該文件用戶組具有可讀们陆、可寫及可執(zhí)行的權(quán)限寒瓦。
  S_IRGRP             00040 權(quán)限，代表該文件用戶組具有可讀的權(quán)限坪仇。
  S_IWGRP             00020 權(quán)限杂腰，代表該文件用戶組具有可寫入的權(quán)限。
  S_IXGRP             00010 權(quán)限椅文，代表該文件用戶組具有可執(zhí)行的權(quán)限喂很。
  S_IRWXO             00007 權(quán)限际跪，代表其他用戶具有可讀衷笋、可寫及可執(zhí)行的權(quán)限庇麦。
  S_IROTH             00004 權(quán)限憋活，代表其他用戶具有可讀的權(quán)限穴张。
  S_IWOTH             00002 權(quán)限衍腥，代表其他用戶具有可寫入的權(quán)限蚪缀。
  S_IXOTH             00001 權(quán)限疹启，xit代表其他用戶具有可執(zhí)行的權(quán)限林说。

函數(shù)返回值： 打開文件成功煎殷，返回一個(gè)文件描述符 >2；打開失敗腿箩，返回-1豪直。

提示：使用 access()作用戶認(rèn)證方面的判斷要特別小心， 例如在access()后再作open()空文件可能會(huì)造成系統(tǒng)安全上的問題珠移。

2.使用create()函數(shù)創(chuàng)建并打開文件

函數(shù)原型

     int creat(const char *pathname, mode_t mode)弓乙；
     相當(dāng)于使用調(diào)用方式，
     open(const char *pathname, (O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC))钧惧；

函數(shù)參數(shù)：

  pathname   待打開文件的絕對(duì)路徑和文件名暇韧。

  mode       新創(chuàng)建文件的權(quán)限，見上面open()

函數(shù)返回值：若成功會(huì)返回新的文件描述符浓瞪，若有錯(cuò)誤發(fā)生則會(huì)返回-1懈玻。

提示：creat()無法建立特別的裝置文件，如果需要請(qǐng)使用mknod()乾颁。

讀寫文件

1.使用read()函數(shù)從文件中讀取數(shù)據(jù)

• 手冊(cè)文件 man 2 read

函數(shù)頭文件及函數(shù)原型
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count)涂乌；

函數(shù)參數(shù)：

 fd      文件指針，提供數(shù)據(jù)的文件的文件描述符英岭，讀取的數(shù)據(jù)的來源湾盒。

 buf     讀到的數(shù)據(jù)所存放的內(nèi)存空間的起始地址，同時(shí)文件的當(dāng)前讀寫位置向后移诅妹。

 count   想要讀取的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)历涝，也是提供的存儲(chǔ)空間字節(jié)數(shù)。

函數(shù)說明及返回值： read()會(huì)把參數(shù)fd 所指的文件傳送count 個(gè)字節(jié)到buf 指針?biāo)傅膬?nèi)存中（暨在[0,count]區(qū)間變化）漾唉。

1.若參數(shù)count 為0荧库，則read()不會(huì)有作用并返回0。
2.成功時(shí)赵刑，返回值為實(shí)際讀取到的字節(jié)數(shù)分衫。
3.如果返回0，表示已到達(dá)文件尾般此，暨碰到了EOF或是無可讀取的數(shù)據(jù)蚪战。
4.此外文件讀寫位置會(huì)隨讀取到的字節(jié)移動(dòng)牵现。
5.有錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)則返回-1，而文件讀寫位置則無法預(yù)測(cè)邀桑。

提示：

read()函數(shù)負(fù)責(zé)從文件句柄中讀取指定數(shù)量的字節(jié)瞎疼，并將這些字節(jié)放在標(biāo)量型變量中。read()函數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)fread()相同的方式處理I/O緩沖的壁畸。為了提高效率贼急，read()函數(shù)并不是一次讀取一個(gè)字節(jié)，而是讀取一塊數(shù)據(jù)并保存到臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)中捏萍。然后太抓，C的fread函數(shù)與Perl的read函數(shù)會(huì)從臨時(shí)緩沖區(qū)將數(shù)據(jù)一次一個(gè)字節(jié)地傳送給程序。print()函數(shù)（而不是write()函數(shù)負(fù)責(zé)輸出read()函數(shù)返回的實(shí)際字節(jié)令杈。print()函數(shù)類似于C中的fwrite()函數(shù)走敌。

附加：如果順利 read()會(huì)返回實(shí)際讀到的字節(jié)數(shù)，最好能將返回值與參數(shù)count 作比較逗噩，若返回的字節(jié)數(shù)比要求讀取的字節(jié)數(shù)少掉丽，則
1. 讀取普通文件時(shí)，讀到文件末尾還不夠 nbytes 字節(jié)异雁。例如：如果文件只有 30 字節(jié)机打，
而我們想讀取 100字節(jié)，那么實(shí)際讀到的只有 30 字節(jié)片迅，read 函數(shù)返回 30 残邀。
此時(shí)再使用 read 函數(shù)作用于這個(gè)文件會(huì)導(dǎo)致 read 返回 0 。
2. 從終端設(shè)備（terminal device）讀取時(shí)柑蛇，一般情況下每次只能讀取一行芥挣。
3. 從網(wǎng)絡(luò)讀取時(shí)，網(wǎng)絡(luò)緩存可能導(dǎo)致讀取的字節(jié)數(shù)小于 nbytes 字節(jié)耻台。
4. 讀取 pipe 或者 FIFO 時(shí)空免，pipe 或 FIFO 里的字節(jié)數(shù)可能小于 nbytes 。
5. 從面向記錄的設(shè)備讀取時(shí)盆耽，某些面向記錄的設(shè)備（如磁帶）每次最多只能返回一個(gè)記錄蹋砚。
6. 在讀取了部分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)被信號(hào)中斷。讀操作始于 cfo 摄杂。在成功返回之前坝咐，cfo 增加，
增量為實(shí)際讀取到的字節(jié)數(shù)析恢。

2.使用write()函數(shù)向指定文件中寫入數(shù)據(jù)

• 手冊(cè)文件 man 2 write

函數(shù)頭文件及函數(shù)原型
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

函數(shù)參數(shù)：

fd      待寫入數(shù)據(jù)的文件的描述符

buf     寫入數(shù)據(jù)的起始地址

count   待寫入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

函數(shù)說明及返回值： write()會(huì)把參數(shù)buf 所指的內(nèi)存寫入count 個(gè)字節(jié)到參數(shù)fd 所指的文件內(nèi)墨坚。當(dāng)然，文件讀寫位置也會(huì)隨之移動(dòng)映挂。
如果順利會(huì)返回實(shí)際寫入數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)泽篮，表示寫了部分或者全部的數(shù)據(jù)盗尸。
當(dāng)有錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，返回-1帽撑，我們要根據(jù)錯(cuò)誤的類型來處理泼各。如果錯(cuò)誤為EINTR表示在寫時(shí)出現(xiàn)了中斷錯(cuò)誤。如果為EPIPE表示網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)了問題亏拉。

提示：對(duì)于普通文件扣蜻，寫操作始于 cfo 。如果打開文件時(shí)使用了 O_APPEND专筷，則每次寫操作都將數(shù)據(jù)寫入文件末尾。成功寫入后蒸苇，cfo 增加磷蛹，增量為實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)。

定位文件

預(yù)概念： 所有打開的文件都有一個(gè)當(dāng)前文件偏移量（current file offset）溪烤，以下簡(jiǎn)稱為 cfo味咳。cfo 通常是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，用于表明文件開始處到文件當(dāng)前位置的字節(jié)數(shù)檬嘀。讀寫操作通常開始于 cfo槽驶，并且使 cfo 增大，增量為讀寫的字節(jié)數(shù)鸳兽。文件被打開時(shí)掂铐，cfo 會(huì)被初始化為 0，除非使用了 O_APPEND 揍异。

使用lseek()函數(shù)定位指定已打開文件的讀寫指針

• 手冊(cè)文件 man lseek

函數(shù)頭文件及函數(shù)原型
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

函數(shù)參數(shù)：

fd 待重新定位讀寫指針位置的文件的描述符

offset 讀寫指針的偏移量（可正可負(fù)可為0）

whence 讀寫指針的偏移位置
    SEEK_SET   相對(duì)文件首部偏移全陨，文件偏移量將被設(shè)置為 offset。
    SEEK_CUR   相對(duì)文件當(dāng)前讀寫位置偏移衷掷，文件偏移量將被設(shè)置為 cfo 加上 offset辱姨，
               offset 可以為正也可以為負(fù)。
    SEEK_END   相對(duì)文件尾部偏移戚嗅，文件偏移量將被設(shè)置為文件長(zhǎng)度加上 offset雨涛，
               offset 可以為正也可以為負(fù)。

函數(shù)說明及返回值： 每一個(gè)已打開的文件都有一個(gè)讀寫位置懦胞，當(dāng)打開文件時(shí)通常其讀寫位置是指向文件開頭替久，若是以附加的方式打開文件(如O_APPEND)，則讀寫位置會(huì)指向文件尾躏尉。當(dāng)read()或write()時(shí)侣肄，讀寫位置會(huì)隨之增加，lseek()便是用來控制該文件的讀寫位置醇份。參數(shù)fildes 為已打開的文件描述詞稼锅，參數(shù)offset 為根據(jù)參數(shù)whence來移動(dòng)讀寫位置的位移數(shù)吼具。當(dāng)調(diào)用成功時(shí)則返回目前的讀寫位置，也就是距離文件多少個(gè)字節(jié)數(shù)矩距。若有錯(cuò)誤則返回-1拗盒。

例：

 將讀寫位置移到文件開頭時(shí): lseek(int fildes, 0, SEEK_SET);
 將讀寫位置移到文件尾時(shí):   lseek(int fildes, 0, SEEK_END);
 想要取得目前文件位置時(shí):   lseek(int fildes, 0, SEEK_CUR);

提示：

1.Linux 系統(tǒng)不允許lseek()對(duì)tty 裝置作用，此項(xiàng)動(dòng)作會(huì)令lseek()返回ESPIPE锥债。
2.如果參數(shù) fd（文件描述符）指定的是 pipe（管道）陡蝇、FIFO 或者 socket，lseek 返回 -1 并且置 errno 為 ESPIPE哮肚。 對(duì)于普通文件（regular file）登夫，cfo 是一個(gè)非負(fù)整數(shù)。但對(duì)于特殊設(shè)備允趟，cfo 有可能是負(fù)數(shù)恼策。因此，我們不能簡(jiǎn)單地測(cè)試 lseek 的返回值是否小于 0 來判斷 lseek 成功與否潮剪，而應(yīng)該測(cè)試 lseek 的返回值是否等于 -1 來判斷 lseek 成功與否涣楷。
3.lseek 僅將 cfo 保存于內(nèi)核中，不會(huì)導(dǎo)致任何 I/O 操作抗碰。這個(gè) cfo 將被用于之后的讀寫操作狮斗。
4.如果 offset 比文件的當(dāng)前長(zhǎng)度更大，下一個(gè)寫操作就會(huì)把文件“撐大（extend）”弧蝇。這就是所謂的在文件里創(chuàng)造"空洞（hole）”碳褒。沒有被實(shí)際寫入文件的所有字節(jié)由重復(fù)的 0 表示】戳疲空洞是否占用硬盤空間是由文件系統(tǒng)（file system）決定的骤视。

關(guān)閉文件

使用close函數(shù)關(guān)閉指定文件

• 手冊(cè)文件 man close

函數(shù)頭文件及函數(shù)原型

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

函數(shù)參數(shù)：

fd    為open()或creat()打開的文件描述符。

函數(shù)說明及返回值： 當(dāng)使用完已打開的文件后若已不再需要?jiǎng)t可使用 close()關(guān)閉該文件, 而close()會(huì)讓數(shù)據(jù)寫回磁盤, 并釋放該文件所占用的資源. 參數(shù)fd 為先前由open()或creat()所返回的文件描述詞.**返回值：若文件順利關(guān)閉則返回0, 發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)返回-1.

提示：雖然在進(jìn)程結(jié)束時(shí)鹃觉，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉已打開的文件专酗，但仍建議自行關(guān)閉文件，并確實(shí)檢查返回值盗扇。

綜合案例

// ./my-cp <src_file> <dst_file>

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

#define BUFFER_SIZE 100

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        printf("usage : %s <src_file> <dst_file>\n",
            argv[0]);
        return 1;
    }
    
    int src_fd = 0;
    int dst_fd = 0;
    int n = 0;
    char buf[BUFFER_SIZE] = {'\0'};
    char *src_file = argv[1];
    char *dst_file = argv[2];
    
    // 1.open
    // 1.1 以只讀方式打開源文件
    if((src_fd = open(src_file, O_RDONLY)) == -1)
    {
        perror("open src error");
        return 1;
    }
    // 1.2 以只寫方式打開目的文件
    if((dst_fd = open(dst_file, 
            O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC,
            S_IRUSR | S_IWUSR)) == -1)
    {
        perror("open dst error");
        return 1;
    }
    
    // 2. 循環(huán)從源文件中讀取數(shù)據(jù)寫入到目的文件中
    // 直到讀到源文件的尾部為止
    // 2.1 read data from src_file
    // 2.2 write data to dst_file
    while((n = read(src_fd, buf, BUFFER_SIZE)) > 0)
    {
        write(dst_fd, buf, n);
    }
    
    // 3.close
    close(src_fd);
    close(dst_fd);

    return 0;
}

// 練習(xí)：
// 實(shí)現(xiàn)一個(gè)相對(duì)完整版的cp程序祷肯，要求能夠判斷出目標(biāo)文件是否存在。
//  如果存在疗隶，給出提示是否覆蓋佑笋。
// 思路：
// 1.打開源文件
// 2.判斷目的文件是否存在
// 3.如果目的文件存在，提示是否覆蓋
// 4.如果選擇覆蓋斑鼻，則以只寫的方式打開文件蒋纬，并截短文件內(nèi)容(O_TRUNC)
// 5.如果選擇不覆蓋，則提醒輸入新的保存文件名，并已只寫方式打開
// 6.循環(huán)讀取源文件內(nèi)容蜀备，寫入到目的文件中
// 7.關(guān)閉已打開的文件

// 思考題1：能否關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)輸入文件关摇、標(biāo)準(zhǔn)輸出文件碾阁、標(biāo)準(zhǔn)出錯(cuò)文件？

參考資料

劉老師上課資料及網(wǎng)上前輩資料
計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程：介紹現(xiàn)代操作系統(tǒng)原理及應(yīng)用