Linux 操作一：系统调用：文件读写

Linux 操作一：系统调用：文件读写

基本概念

• 什么是文件

​ 简单的说，文件就是存储在硬件磁盘上的数据集合。

• 文件通过什么来标识

​ 系统中在处理的文件（读、写操作）的时候，需要唯一能够识别这个文件，就需要一个针对文件的标识，以便在其它地方能识别出这个文件，于是就产生了文件描述符。

• 文件描述符

​ 文件描述符是一些整数，简单的说就是一个文件ＩＤ，用于在系统中唯一的标识一个文件。文件描述符的总数也就是系统可以打开文件的最多个数，这取决于系统的配置情况。可打开的文件描述符总数可利用cat /proc/sys/fs/file-max 来查看。程序在运行初，系统会默认打开3个文件描述符，分别为 标准输入，输出，错误文件描述符，在中有以下定义：

#define STDIN_FILENO 0 // 标准输入设备文件描述符

#define STDOUT_FILENO 1 // 标准输出设备文件描述符

#define STDERR_FILENO 2 // 标准错误设备文件描述符

• **文件类型： **

​ 普通文件（-）；目录文件（d）；链接文件（l）；字符设备文件（c）；块设备文件(b) 管道文件（p） 套接字文件(s)

• 访问权限：

​ 读权限（r）；写权限（w）；可执行权限（x）

• Linux文件特点:

  • 可通过操作系统或者程序对外提供信息，也能对内输入信息，可以被创建，删除；

  • 为操作系统和设备提供了一个简单而统一的接口。

  • 普通程序完全可以像使用文件（普通定义）那样使用磁盘文件、串行口、打印机和其他设备；

  • 硬件设备在linux操作系统中也被表示为文件。

系统调用

​ 系统调用，由操作系统直接提供，他们是通向操作系统（内核）本身的接口，针对文件操作来说，系统调用是最直接的方式。

常用函数

1. int access(const char *path, int mode);确定文件或文件夹是否存在，访问权限
2. int open(const char *path, int oflags);
3. int open(const char *path, int oflags, mode_t mode );

• ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
• ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

4. int close(int fd);
5. off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
6. int stat(const char filename, struct stat buf);

判断文件或文件夹是否存在

• 头文件

  #include    
  #include 
  

• 函数原型

  int access(const char *path, int mode);
  

• 参数说明

  • pathname：要操作的文件名或路径，也可以是目录名；

    ​ 注意：如果Pathname 为目录名，则mode 只能取值 F_OK,用来判断目录是否存在；

  • mode ：判断模式，可取值如下：

    • R_OK：判断文件是否有读权限
    • W_OK :判断文件是否有写权限
    • X_OK：判断文件是否有执行权限
    • F_OK：判断文件是否存在

• 返回值

  如果指定的mode 方式有效，返回0，否则返回-1, 错误码放在errno

• 实例：

  #include 
  #include 
  #include 
  
  int main(int argc,char *argv[])
  {
      //是否存在
      int r1=access(".",F_OK);
      //读权限
      int r2=access(".",R_OK);
      //写权限
      int r3=access(".",W_OK);
      //执行权限
      int r4=access(".",X_OK);
      printf("%d%d%d%d\n",r1,r2,r3,r4);
      return 0;
  }
  

打开文件

• 头文件

  #include    
  #include 
  

• 函数原型

  int open(const char *pathname, int flags);
  或
  int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode );
  

• 参数说明

  • pathname：要操作的文件名或路径；

  • flags：文件打开方式，可取值如下：

    • O_RDONLY：只读

    • O_WRONLY: 只写

    • O_RDWR： 读写

      附加选项：O_APPEND:在写入文件时将数据追加到文件的末尾

      ​ O_CREAT:当打开的文件不存在时，创建该文件

      ​ O_TRUNC:截断文件，即如果文件已经存在，在打开时将文件的内容清空

  • mode：如果以新建方式打开文件，这个参数用于设置文件的访问权限

  S_IRWXU 00700 文件拥有者可读，可写，可执行

  S_IRUSR 00400 文件拥有者可读

  S_IWUSR 00200 文件拥有者可写

  S_IXUSR 00100 文件拥有者可执行

  S_IRWXG 00070 组用户可读，可写，可执行

  S_IRGRP 00040 组用户可读

  S_IWGRP 00020 组用户可写

  S_IXGRP 00010 组用户可执行

  S_IRWXO 00007 其他组用户可读，可写，可执行

  S_IROTH 00004 其他组用户可读

  S_IWOTH 00002 其他组用户可写

  S_IXOTH 00001 其他组用户可执行

  • 返回值

    如果成功，返回文件描述符，否则返回-1，错误码放在errno

关闭文件

• 头文件

  #include    
  #include 
  

• 函数原型

  int close(int fd)
  

• 参数说明

  fd：要操作的文件描述符；

• 返回值

  成功，返回0，失败返回-1，并将错误码放入 errno

读文件

• 头文件

  #include    
  #include 
  

• 函数原型

  ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
  

• 参数说明

  • fd：要操作的文件描述符；

  • buf：数据缓冲区，用来临时存放读取到的数据：

  • count：设置要读取的字节数

• 返回值

  • 成功：返回实际读取到的字节数

  • 0 ：到达文件尾部，或没有可读的数据

  • 出错：返回 -1，并将错误码存入 errno 中

写文件

• 头文件

  #include    
  #include 
  

• 函数原型

  ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count)；
  

• 参数说明

  • fd：要操作的文件描述符；

  • buf：数据缓冲区，临时存放要写入的数据：

  • count：要写入的字节数

• 返回值

  • 成功：返回实际写入到文件的字节数
  • 出错：返回 -1，并将错误码存入 errno 中

文件指针移动

• 头文件

  #include    
  #include 
  

• 函数原型

  off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence)
  

• 参数说明

  • fd：要操作的文件描述符；

  • offset：相对于whence 的偏移量：

  • whence：移动方式，可取以下值：

    • SEEK_SET: 文件头部

    • SEEK_CUR: 当前位置

    • SEEK_END: 文件末尾

• 返回值

  • 成功：返回文件指针的偏移量

  • 出错：返回 -1，并将错误码存入 errno 中

• 实例

  c
  #include 
  #include 
  #include 
  
  int main() {
      // 打开文件 example.txt 进行读写
      int fd = open("example.txt", O_RDWR);
      if (fd == -1) {
          perror("Error opening file");
          return -1;
      }
  
      // 将文件指针移动到文件开头
      off_t new_offset = lseek(fd, 0, SEEK_SET);
      if (new_offset == -1) {
          perror("Error beginning ");
          close(fd);
          return -1;
      }
      printf("文件指针移动到文件开头.\n");
  
      // 将文件指针移动到文件末尾
      new_offset = lseek(fd, 0, SEEK_END);
      if (new_offset == -1) {
          perror("Error end");
          close(fd);
          return -1;
      }
      printf("将文件指针移动到文件末尾: %ld\n", new_offset);
  
      // 将文件指针向前移动100个字节
      new_offset = lseek(fd, -100, SEEK_END);
      if (new_offset == -1) {
          perror("Error end 100");
          close(fd);
          return -1;
      }
      printf("将文件指针向前移动100个字节\n");
  
      close(fd);
      return 0;
  }
  

在C语言中，我们学习了标准I/O，也可以实现文件的读写，那与我们今天所说的系统调用有什么区别呢？

	系统调用	库函数 （标准I/O）
所需头文件	#include 、 #include	#include
函数	open，close，read，write，lseek	fopen，fclose，fread，fwrite，fseek
函数返回值	lseek 会返回文件读取位置	fseek 不会返回，必须要用 ftell 来获取
文件标识	文件描述符	FILE* 文件流指针
系统效率	低	高

总结

• 标准I/O 是操作系统和应用程序之间的高层接口，提供了更简洁的文件操作方法，适合常见的应用。
• 系统调用 是与操作系统内核直接交互的低层接口，提供了更大的灵活性和控制，但也需要更多的编程技巧，适合对性能有较高要求或需要精确控制的场合。

k 不会返回，必须要用 ftell 来获取 |
| 文件标识 | 文件描述符 | FILE* 文件流指针 |
| 系统效率 | 低 | 高 |

总结

• 标准I/O 是操作系统和应用程序之间的高层接口，提供了更简洁的文件操作方法，适合常见的应用。
• 系统调用 是与操作系统内核直接交互的低层接口，提供了更大的灵活性和控制，但也需要更多的编程技巧，适合对性能有较高要求或需要精确控制的场合。