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Linux:文件操作

news 来源：原创 2025/5/1 10:48:16

在C语言中，我们可以使用fopen() fclose() fread() fwrite()等接口进行文件操作，而由于文件是储存于磁盘中的，且磁盘是由操作系统来管理的，因此在用户层面对文件的操作必然要调用操作系统对文件的操作。

我们接下来就要了解操作系统是如何描述、组织文件并进行操作的，以及C语言是如何对这些操作进行封装，把封装好的接口提供给用户的

操作系统获取文件路径：

下面这段代码我们要让进程打开文件myfile，但并没有指明文件地址：

 #include <stdio.h>int main(){FILE *fp = fopen("myfile", "w");if(!fp){printf("fopen error!\n");}while(1);fclose(fp);return 0;}

执行结果：

在/home/nexus/daily_study/file下，myfile被创建

实际上，操作系统是在当前进程地址下寻找myfile文件，如果没有就创建该文件：

查询进程地址，发现与文件地址相同

Linux系统文件操作接口

文件的通用操作为：打开、关闭、读、写。对应 Linux 系统的 API 接口函数分别为 open(),close(),read(),write()。

这些函数通过文件描述符 File Descriptor（fd）实现 IO 操作。

open函数

头文件：

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

函数：

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

参数：

pathname：文件路径
flags：传⼊多个参数选项，⽤下⾯的⼀个或者多个常量进⾏ “ 或 ” 运算
- 访问方式标志：必须且只能包含其中一个：
  - O_RDONLY：只读
  - O_WRONLY：只写
  - O_RDWR：读写
- 文件创建标志：可以包含。
  - O_CREAT：如果文件不存在，则创建文件。此时必须指定第三个参数 mode。
- 文件状态标志：可以包含。
  - O_APPEND：追加模式。
mode：设置文件权限（使用权限码）,仅在 O_CREAT 时生效。

返回值：报错时返回 -1，否则返回文件描述符fd。

close函数

int close(int fd);

其中fd是要关闭的文件描述符。如果close函数成功执行，它将返回0。如果执行失败，它将返回-1，并设置errno来指示错误。

read函数

头文件：

#include <unistd.h>

函数：

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

read 函数会尝试从文件描述符fd中读取 count 个字节到缓冲区 buf 中。

返回值：
成功时返回读到的字节数，0表示读到文件末尾了。如果返回字节数小于指定的字节数，不一定出错，有可能文件就剩这么多数据了。出错时返回 -1，并设置 errno 为合适值。

write函数

头文件：

#include <unistd.h>

函数：

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

write 函数会尝试从缓冲区 buf 中读取 count 个字节，写到文件描述符 fd 中。

返回值：
成功时返回写入的字节数。如果返回字节数小于指定的字节数，不一定出错，有可能是磁盘满了。出错时返回 -1，并设置 errno 为合适值。

文件描述符和文件描述符表

⽂件描述符是一个从0非负整数

进程进行文件操作时，必须让进程和⽂件关联起来。因此，每个进程都有⼀个指针*files,指向⼀张表files_struct,该表最重要的部分就是包含⼀个指针数组fd，fd的每个元素都是⼀个指向打开⽂件的指针。所以，本质上⽂件描述符就是该数组的下标。只要拿着⽂件描述符，就可以找到对应的⽂件。

Linux 系统在启动时，标准 IO 会占用掉前 3 个文件描述符的位置：

0：标准输入 stdin

1：标准输出 stdout

2：标准错误stderr

⽂件描述符的分配规则：在files_struct数组当中，找到当前没有被使⽤的最⼩的⼀个下标，作为新的⽂件描述符。

利用上述规则，我们可以实现重定向：

如果我们调用close(1)，再调用open(1,"myfile",0644)，这时本应该输出到显⽰器上的内容，输出到了myfile中

Linux中，有三个重定向指令：>,>>,<，分别表示写入，追加写入和读入

理念：”一切皆文件“

Linux系统遵循”一切皆文件“的理念，这样做最明显的好处是，开发者仅需要使⽤⼀套接口和开发⼯具，即可调取Linux系统中绝⼤部分的资源。举个简单的例⼦，Linux中⼏乎所有读（读⽂件，读系统状态，读PIPE）的操作都可以⽤ read 函数来进⾏；⼏乎所有更改（更改⽂件，更改系统参数，写PIPE）的操作都可以⽤write函数来进⾏。