P4 Linux 文件打开，关闭，读写，增删（open,close,read,write）

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🌺本篇简介 : 本期我们学习一下关于文件操作的系统调用，Linux一切皆文件，所以这章还是比较重要的，这章主要搞定三个API，open，read，write

一文件描述符的概念

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

/* 打开目标文件 dest_file(只写方式) */ 
 fd2 = open("./dest_file", O_WRONLY);

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，当调用 read/write 函数进行文件读写时，会将文件描述符传送给 read/write 函数
所以在代码中，fd1 就是源文件 src_file 被打开时所对应的文件描述符，而 fd2 则是目标文件 dest_file 被打开时所对应的文件描述符。

什么是文件描述符？文件句柄、一个非负整数、与对应的文件相绑定
文件描述符如何分配每次分配一个没有被使用的最小非负整数作为文件描述符
标准输入、标准输出和标准错误 0、1、2

一个进程可以打开多个文件，但是在 Linux 系统中，一个进程可以打开的文件数是有限制，并不是可以无限制打开很多的文件，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： 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

二打开文件 open()、关闭文件 close()

1.创建（creat）

函数原型：

int creat(const char *pathname,mode_t mode);  //pathname：指向文件路径的指针

int creat("/home/abl/demo",S_IRWXU);//绝对路径：/home/abl/demo

int creat("./demo",S_IRWXU);//当前路径：./demo

mode：创建模式（可读可写可执行）系统自带四个宏

可执行（1）：S_IXUSR
可写（2）：S_IWUSRL
可读（4）：S_IRUSR
可读、可写、可执行（7）：S_IRWXU

返回值为文件描述符

成功返回一个非负整数

失败返回-1

int fd_file1;

int creat("/home/abl/demo",S_IRWXU);//fd_file1为creat返回的文件描述符

2.打开（open)

函数原型：

int open( const char *pathname,int flags);//pathname:指向文件路径的指针；flags：文件权限

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

int creat( const char *pathname,mode_t mode);

pathname：指向文件路径的指针

mode：创建模式（可读可写可执行）

flags：文件权限

2.1 mod参数选择

第一类：（只能3选1）

O_RDONLY 只读打开
O_WRONLY 只写打开
O_RDWR 可读可写打开

第二类：（可以多选）

1、O_CREAT若文件不存在则创建它，使用此选项时，需要同时说明第三个参数mode，用其说明该新文件的存取许可权限。

fd_file1=open("./file1",O_RDWR|O_CREAT,0600);

2、O_EXCL如果同时指定了O_CREAT，而文件已经存在，则出错（返回-1）。

fd_file1=open("./file1",O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL,0600);
//fd_file1为open返回的文件描述符,此时若已经存在file1,open返回-1

3、O_APPEND每次写时都加到文件的尾端。

fd_file1=open("./file1",O_RDWR|O_APPEND);

4、O_TRUNC属性去打开文件时，如果这个文件中本来是有内容的，而且为只读或只写成功打开，则将其长度截短为0。

fd_file1=open("./file1",O_RDWR|O_TRUNC);//此时可将原文件里的信息先删除后写入

5. O_NOFOLLOW 如果 pathname 参数指向的是一个符号链接，将不对其进行解引用，直接返回错误。

2.2 flags：文件权限

可执行：0100
可写：0200
可读：0400
可读、写：0600
可读、可写、可执行：0700
一定是在flags中使用了O_CREAT标志，mode记录待创建的文件的访问权限

3.open 函数使用示例

(1)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;

(2)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;

(3)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;

(4)使用 open 函数打开一个指定的文件（譬如/home/dengtao/hello），如果该文件不存在则创建该文件，创建该文件时，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;

4. 关闭（close）

可调用 close 函数关闭一个已经打开的文件，其函数原型如下所示（可通过"man 2 close"查看）：

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

首先使用 close 函数需要先包含 unistd.h 头文件，当我们对文件进行 IO 操作完成之后，后续不再对文件进行操作时，需要将文件关闭。

函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。

三写文件 write()、读文件 read()

3.1 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（可通过"man 2 write"查看）：

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

首先使用 write 函数需要先包含 unistd.h 头文件。

buf：指定写入数据对应的缓冲区。
count：指定写入的字节数。
返回值：如果成功将返回写入的字节数（0 表示未写入任何字节），如果此数字小于 count 参数，这不是错误，譬如磁盘空间已满，可能会发生这种情况；如果写入出错，则返回-1。

对于普通文件（我们一般操作的大部分文件都是普通文件，譬如常见的文本文件、二进制文件等），不管是读操作还是写操作，一个很重要的问题是：从文件的哪个位置开始进行读写操作？也就是 IO 操作所对应的位置偏移量，读写操作都是从文件的当前位置偏移量处开始，当然当前位置偏移量可以通过 lseek 系统调用进行设置，关于此函数后面再讲；默认情况下当前位置偏移量一般是 0，也就是指向了文件起始位置，当调用 read、write 函数读写操作完成之后，当前位置偏移量也会向后移动对应字节数，譬如当前位置偏移量为 1000 个字节处，调用 write()写入或 read()读取 500 个字节之后，当前位置偏移量将会移动到 1500 个字节处。

3.2 read 读文件

调用 read 函数可从打开的文件中读取数据，其函数原型如下所示（可通过"man 2 read"查看）： #include ssize_t read(

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

首先使用 read 函数需要先包含 unistd.h 头文件。

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。
返回值：如果读取成功将返回读取到的字节数，实际读取到的字节数可能会小于 count 参数指定的字节数，也有可能会为 0，譬如进行读操作时，当前文件位置偏移量已经到了文件末尾。实际读取到的字节数少于要求读取的字节数，譬如在到达文件末尾之前有 30 个字节数据，而要求读取 100 个字节，则 read 读取成功只能返回 30；而下一次再调用 read 读，它将返回 0（文件末尾）。

四文件读写位置偏移量。

4.1 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，记录了文件当前的读写位置，当调用 read()或 write()函数对文件进行读写操作时，就会从当前读写位置偏移量开始进行数据读写。

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。

当打开文件时，会将读写偏移量设置为指向文件开始位置处，以后每次调用 read()、write()将自动对其进行调整，以指向已读或已写数据后的下一字节，因此，连续的调用 read()和 write()函数将使得读写按顺序递增，对文件进行操作。我们先来看看 lseek 函数的原型，如下所示（可通过"man 2 lseek"查看）：

#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）：

SEEK_SET：读写偏移量将指向 offset 字节位置处（从文件头部开始算）；
SEEK_CUR：读写偏移量将指向当前位置偏移量 + offset 字节位置处，offset 可以为正、也可以为负，如果是正数表示往后偏移，如果是负数则表示往前偏移；
SEEK_END：读写偏移量将指向文件末尾 + offset 字节位置处，同样 offset 可以为正、也可以为负，如果是正数表示往后偏移、如果是负数则表示往前偏移。

返回值：成功将返回从文件头部开始算起的位置偏移量（字节为单位），也就是当前的读写位置；发生错误将返回-1。

4.2使用示例：

(1)将读写位置移动到文件开头处：

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

(2)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;

(3)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;

(4)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。

五：案例练习

题目1

(1)打开一个已经存在的文件（例如 src_file），使用只读方式；然后打开一个新建文件（例如 dest_file），使用只写方式，新建文件的权限设置如下：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。从 src_file 文件偏移头部 500 个字节位置开始读取 1Kbyte 字节数据，然后将读取出来的数据写入到 dest_file 文件中，从文件开头处开始写入，1Kbyte 字节大小，操作完成之后使用 close 显式关闭所有文件，然后退出程序。

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

void main()
{
    char buff[ 1024];
    int fd  = open("./file",O_RDONLY);
    if(-1 == fd)
        printf("error\n");
    int fd1 = open("./test_file",O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,S_IRWXU|S_IRGRP|S_IROTH);
    //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,
    //O_TRUNC，文件中本来是有内容的，先清除再写入
    if(-1 == fd1)
        printf("error\n");

    lseek(fd, 500, SEEK_SET);
    int len = read(fd,buff,1024);
    int len2 = write(fd1,buff,len);
    printf("在file读取了 %d 字节 \n将%d字节写入test_file\n",len,len2);
    close(fd);
    close(fd1);

}

题目2

(2)通过 open 函数判断文件是否存在（例如 test_file），并将判断结果显示出来。

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

void main(int argc,char **argv)
{
    int fd = open(argv[1],O_RDONLY);
    printf("fd = %d\n",fd);
    if(-1 == fd)  //文件打开失败
    {
        printf("error , no:%s\n",argv[1]);//没找到需要的文件
    }
    else//文件打开成功
    {
        printf("find %s susser\n",argv[1]);//打印出存在的文件名
    }
    close(fd);
}

笔者在 /home/chen/桌面路径下的文件夹中有test_file,而没有test_fil，所以执行./a.out /home/chen/桌面/test_file 这条指令时，fd = 3,所以找到了需要的文件

题目3

(3)新建一个文件（例如 new_file），新建文件的权限设置为：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。使用只写方式打开文件，将文件前 1Kbyte 字节数据填充为 0x00，将下 1Kbyte 字节数据填充为 0xFF，操作完成之后显式关闭文件，退出程序。

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

void main()
{
    char buf[] = {"0x00"};
    char *buf1 = "0xFF";
    int fd = open("./new_file",O_WRONLY|O_CREAT,S_IRWXU| S_IRGRP| S_IRGRP);
    if(-1 == fd)
    puts("open new_file error\n");

    int LEN = 0; //统计以写入字节数
    /*写入1000字节 0x00部分*/
    while(LEN<1000)
    {
    int len = write(fd,buf,4); //len为每次写入成功的字节数
    LEN = LEN+len;
    if( 0 == LEN%100){  //每写入100字节的0x00换一次行，方便看数据，换行符不计入题目的字符字节数
         write(fd,"\n",strlen("\n"));
        }
    }
    /*写入1000字节 0xFF部分*/
    LEN = 0;
    while(LEN<1000)
    {
    int len = write(fd,buf1,4);
    LEN = LEN+len;
    if( 0 == LEN%100){  //每写入100字节的0x00换一次行，方便看数据，换行符不计入题目的字符字节数
         write(fd,"\n",strlen("\n"));
    }
    }
    close(fd);
}

执行结果：

题目4

(4)打开一个已经存在的文件（例如 test_file），通过 lseek 函数计算该文件的大小，并打印出来。

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

void main(int argc,char **argv)
{
    int fd = open(argv[1],O_RDONLY);
    int len = lseek(fd,0,SEEK_END);
    printf("文件%s 的大小为%d个字节\n",argv[1],len);
    close(fd);
}

指令格式为./a.out 《需要计算文件大小的文件名加路径》