Linux编程——文件 IO操作

Linux文件I\O介绍

1.Linux系统调用Linux系统调用(systemcall)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。2.文件描述符对内核而言，所有打开文件都由文件描述符引用。文件描述符是一个非负整数。当打开一个现存文件或创建一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。当写一个文件时，用open或create返回的文件描述符标识该文件，将其作为参数传送给read或write。在POSIX应用程序中，整数0、1、2应被代换成符号常数：STDIN_FILENO(标准输入，默认是键盘)STDOUT_FILENO(标准输出，默认是屏幕)STDERR_FILENO(标准错误输出，默认是屏幕)这些常数都定义在头文件

<unistd.h>

中，文件描述符的范围是0～OPEN_MAX。早期的UNIX版本采用的上限值是19（允许每个进程打开20个文件），现在很多系统则将其增加至256。可用的文件I\O函数很多，包括：打开文件，读文件，写文件等。大多数Linux文件I\O只需要用到5个函数：open，read，write，lseek以及close。

基本API学习

1.open需要包含的头文件：

<sys/types.h>

,

<sys/stat.h>

,

<fcntl.h>

函数原型：

intopen(conststr*pathname,intoflag,[...,mode_tmode])

功能：打开文件返回值：成功则返回文件描述符，出错返回-1参数：pathname:打开或创建的文件的全路径名oflag：可用来说明此函数的多个选择项，详见后。mode：对于open函数而言，仅当创建新文件时才使用第三个参数，表示新建文件的权限设置。详解oflag参数：oflag参数由O_RDONLY(只读打开)、O_WRONLY(只写打开)、O_RDWR(读写打开)中的一个于下列一个或多个常数O_APPEND:追加到文件尾O_CREAT:若文件不存在则创建它。使用此选择项时，需同时说明第三个参数mode，用其说明新闻件的访问权限O_EXCL:如果同时指定O_CREAT，而该文件又是存在的，报错；也可以测试一个文件是否存在，不存在则创建。O_TRUNC:如果次文件存在，而且为读写或只写成功打开，则将其长度截短为0O_SYNC:使每次write都等到物理I\O操作完成。用open创建一个文件：open.c

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

#defineFILE_PATH"./test.txt"

intmain(void)
{
intfd;
if((fd=open(FILE_PATH,O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL,0666))<0){
printf("openerror\n");
exit(-1);
}else{
printf("opensuccess\n");
}
return0;
}

如果当前目录下以存在test.txt，屏幕上就会打印“openerror”；不存在则创建该文件，并打印“opensuccess”。2.read需要包含的头文件：<unistd.h>函数原型：

ssize_tread(intfd,void*buf,size_tcount)

功能：从打开的文件中读取数据。返回值：实际读到的字节数；已读到文件尾返回0，出错的话返回-1，ssize_t是系统头文件中用typedef定义的数据类型相当于signedint参数：fd：要读取的文件的描述符buf：得到的数据在内存中的位置的首地址count：期望本次能读取到的最大字节数。size_t是系统头文件中用typedef定义的数据类型，相当于unsignedint。3.write需要包含的头文件：

<unistd.h>

函数原型：

ssize_twrite(intfd,constvoid*buf,size_tcount)

功能：向打开的文件写数据返回值：写入成功返回实际写入的字节数，出错返回-1。不得不提的是，返回-1的常见原因是：磁盘空间已满，超过了一个给定进程的文件长度。参数：fd：要写入文件的文件描述符buf：要写入文件的数据在内存中存放位置的首地址count：期望写入的数据的最大字节数。read和write使用范例：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

intmain(void)
{
charbuf[100];
intnum=0;

//获取键盘输入，还记得POSIX的文件描述符吗？
if((num=read(STDIN_FILENO,buf,10))==-1){
printf("readerror");
error(-1);
}else{
//将键盘输入又输出到屏幕上
write(STDOUT_FILENO,buf,num);
}

return0;
}

4.close需要包含的头文件：

<unistd.h>

函数原型：

intclose(intfiledes)

功能：关闭一个打开的文件参数：需要关闭文件的文件描述符。当一个进程终止的时候，它所有的打开文件都是由内核自动关闭。很多程序都使用这一功能而不显式地调close关闭一个已打开的文件。但是，作为一名优秀的程序员，应该显式的调用close来关闭已不再使用的文件。5.lseek每个打开的文件都有一个“当前文件偏移量”，是一个非负整数，用以度量从文件开始处计算的字节数。通常，读写操作都是从当前文件偏移量处开始，并使偏移量增加所读或写的字节数。默认情况下，你打开一个文件(open)，除非指定O_APPEND参数，不然位移量被设为0。需要包含的头文件：

<sys/types.h>

,

<unistd.h>

函数原型：

off_tlseek(intfilesdes,off_toffset,intwhence)

功能：设置文件内容读写位置返回值：成功返回新的文件位移，出错返回-1；同样off_t是系统头文件定义的数据类型，相当于signedint参数：whence是SEEK_SET,那么该文件的位移量设置为据文件开始处offset个字节whence是SEEK_CUR,那么该文件的位移量设置为当前值加offset。offset可为正或负whence是SEEK_END,那么该文件的位移量设置为文件长度加offset。offset可为正或负

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

intmain(intargc,char*argv[])
{
intfd;
charbuf[100];
if((fd=open(argv[1],O_RDONLY))<0){
perror("open");
exit(-1);
}
read(fd,buf,1);
write(STDOUT_FILENO,buf,1);
lseek(fd,2,SEEK_CUR);

read(fd,buf,1);
write(STDOUT_FILENO,buf,1);
lseek(fd,-1,SEEK_END);

read(fd,buf,1);
write(STDOUT_FILENO,buf,1);
lseek(fd,0,SEEK_SET);

read(fd,buf,1);
write(STDOUT_FILENO,buf,1);
close(fd);
printf("\n");

return0;
}

6.select之前的read函数可以监控一个文件描述符(eg：键盘)是否有输入，当键盘没有输入，read将会阻塞，直到用户从键盘输入为止。用相同的方法可以监控鼠标是否有输入。但想同时监控鼠标和键盘是否有输入，这个方法就不行的了。

///dev/input/mice是鼠标的设备文件
fd=open("/dev/input/mice",O_RDONLY);
read(0,buf,100);
read(fd,buf,100);

在上面的程序中，当read键盘的时候，若无键盘输入则程序阻塞在第2行，此时即使鼠标有输入，程序也没有机会执行第3行获得鼠标的输入。这种情况就需要select同时监控多个文件描述符。需要包含的头文件：

<sys/select.h>

函数原型：

intselect(intmaxfd,fd_set\*readset,fd_set\*writeset,fd_set\*exceptset,conststructtimeval\*timeout)

返回值：失败返回-1，成功返回readset，writeset，exceptset中所有，有指定变化的文件描述符的数目(若超时返回0)参数：maxfd：要检测的描述符个数，因此值应为最大描述符+1readset：被监控是否有输入的文件描述符集。不监控时，设为NULLwriteset：被监控是否可以输入的文件描述符集。不监控时，设为NULLexceptset：被监控是否有错误产生的文件描述符集。不监控时，设为NULLtimeval：监控超时时间。设置为NULL表示一直阻塞到有文件描述符被监控到有指定变化。readset，writeset，exceptset这三个描述符集指针均是值—结果参数，调用的时候，被监控描述符相应位需要置1；返回时，未就绪的描数字相应位会被清0，而就绪的会被置1。下面的系统定义的宏，和select配套使用FD_ZERO(&rset)：将文件描述符集rset的所有位清0FD_SET(4,&reset)：设置文件描述符集rset的bit4FD_CLR(fileno(stdin),&rset)：将文件描述符集rset的bit0清0FD_ISSET(socketfd,&rset)：若文件描述符集rset中的socketfd位置1

#include<stdio.h>
#include<sys/select.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>

#defineMAXNUM100
#defineOPEN_DEV"/dev/input/mice"

intmain(void)
{
fd_setrfds;
structtimevaltv;
intretval,fd;
charbuf[MAXNUM];

fd=open(OPEN_DEV,O_RDONLY);
while(1){
FD_ZERO(&rfds);
FD_SET(0,&rfds);
FD_SET(fd,&rfds);
tv.tv_sec=5;
tv.tv_usec=0;

retval=select(fd+1,&rfds,NULL,NULL,&tv);
if(retval<0)
printf("error\n");
if(retval==0)
printf("Nodatawithin5seconds\n");
if(retval>0){
if(FD_ISSET(0,&rfds)){
printf("Dataisavailablefromkeyboardnow\n");
read(0,buf,MAXNUM);
}
if(FD_ISSET(fd,&rfds)){
printf("Dataisavailablefrommousenow\n");
read(fd,buf,MAXNUM);
}
}
}
return0;
}

stat的使用

Linux有个命令，

ls-l

,效果如下：这个命令能显示文件的类型、操作权限、硬链接数量、属主、所属组、大小、修改时间、文件名。它是怎么获得这些信息的呢，请看下面的讲解。1.stat的基本使用系统调用stat的作用是获取文件的各个属性。需要包含的头文件：

<sys/types.h>

，

<sys/stat.h>

，

<unistd.h>

函数原型：

intstat(constchar\*path,structstat\*buf)

功能：查看文件或目录属性。将参数path所指的文件的属性，复制到参数buf所指的结构中。参数：path：要查看属性的文件或目录的全路径名称。buf：指向用于存放属性的结构体。stat成功调用后，buf的各个字段将存放各个属性。structstat是系统头文件中定义的结构体，定义如下：

structstat{
dev_tst_dev;
ino_tst_ino;
mode_tst_mode;
nlink_tst_nlink;
uid_tst_uid;
gid_tst_gid;
dev_tst_rdev;
off_tst_size;
blksize_tst_blksize;
blkcnt_tst_blocks;
time_tst_atime;
time_tst_mtime;
time_tst_ctime;
};

st_ino：节点号st_mode：文件类型和文件访问权限被编码在该字段中st_nlink：硬连接数st_uid：属主的用户IDst_gid：所属组的组IDst_rdev：设备文件的主、次设备号编码在该字段中st_size：文件的大小st_mtime：文件最后被修改时间返回值：成功返回0；失败返回-1

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

intmain(intargc,char**argv)
{
structstatbuf;
if(argc!=2){
printf("Usage:stat<pathname>");
exit(-1);
}
if(stat(argv[1],&buf)!=0){
printf("staterror.");
exit(-1);
}
printf("#i-node:%ld\n",buf.st_ino);
printf("#link:%d\n",buf.st_nlink);
printf("UID:%d\n",buf.st_uid);
printf("GID:%d\n",buf.st_gid);
printf("Size%ld\n",buf.st_size);
exit(0);
}

2.文件类型的判定structstat中有个字段为

st_mode

，可用来获取文件类型和文件访问权限，我们将陆续学到从该字段解码我们需要的文件信息。st_mode中文件类型宏定义：我们修改上面的例子：

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

intmain(intargc,char**argv)
{
structstatbuf;
char*file_mode;
if(argc!=2){
printf("Usage:stat<pathname>\n");
exit(-1);
}
if(stat(argv[1],&buf)!=0){
printf("staterror.\n");
exit(-1);
}
if(S_ISREG(buf.st_mode))
file_mode="-";
elseif(S_ISDIR(buf.st_mode))
file_mode="d";
elseif(S_ISCHR(buf.st_mode))
file_mode="c";
elseif(S_ISBLK(buf.st_mode))
file_mode="b";
printf("#i-node:%ld\n",buf.st_ino);
printf("#link:%d\n",buf.st_nlink);
printf("UID:%d\n",buf.st_uid);
printf("GID:%d\n",buf.st_gid);
printf("Size%ld\n",buf.st_size);
printf("mode:%s\n",file_mode);
exit(0);
}

目录操作

当目标是目录而不是文件的时候，ls-l的结果会显示目录下所有子条目的信息，怎么去遍历整个目录呢？答案马上揭晓！1.打开目录需要包含的头文件：

<sys/types.h>

，

<dirent.h>

函数原型：DIR*opendir(constchar*name)

功能：opendir()用来打开参数name指定的目录，并返回DIR*形态的目录流返回值：成功返回目录流；失败返回NULL2.读取目录函数原型：structdirent*readdir(DIR*dir)功能：readdir()返回参数dir目录流的下一个子条目(子目录或子文件)返回值：成功返回结构体指向的指针，错误或以读完目录，返回NULL函数执行成功返回的结构体原型如下：[code]structdirent{ino_td_ino;off_td_off;unsignedshortd_reclen;unsignedchard_type;chard_name[256];};其中d_name字段，是存放子条目的名称3.关闭目录函数原型：intclosedir(DIR*dir)功能：closedir()关闭dir所指的目录流返回值：成功返回0；失败返回-1，错误原因在errno中我们来学习一个综合的例子吧：

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<dirent.h>intmain(intargc,char*argv[]){DIR*dp;structdirent*entp;if(argc!=2){printf("usage:showdirdirname\n");exit(0);}if((dp=opendir(argv[1]))==NULL){perror("opendir");exit(-1);}while((entp=readdir(dp))!=NULL)printf("%s\n",entp->d_name);closedir(dp);return0;}