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文件操作：文件IO操作流程及各类函数应用+标准IO与文件IO区别

news 2025/8/13 11:36:49

文件IO是Linux内核专门为应用层提供的文件操作方法。

一、操作流程

打开文件---open
读写文件---read/write
关闭文件---close

二、open函数

（1）定义：

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

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

（2）参数说明

功能：打开文件并获得一个文件描述符
参数

pathname➡要打开的文件的文件名
flags➡打开方式

打开方式的种类
O_RDONLY：只读方式打开文件
O_WRONLY：只写方式打开文件
O_RDWR：可读可写方式打开文件
O_CREAT：文件不存在时创建文件
O_TRUNC：打开文件时清空文件内容
O_APPEND：写文件时从末尾追加内容

mode➡文件操作权限

遵循 Linux 文件权限规则（如 rwxrwxrwx 对应八进制 0777 ，rw-rw-r-- 对应 0664 ），用于创建新文件时设定初始权限。

3.返回值

成功：返回文件描述符

失败：-1

<文件权限计算的操作（创建文件时）>

创建文件指定的 mode 会与系统 umask 按位与（& ），最终确定实际权限。
示例：mode 设为 0777 ，umask 为 002（即 111 111 101 ），则最终权限：
0777 & 0775 = 0775（八进制计算，对应 rwxrwxr-x ），普通文件通常设 0664 即可满足需求

（3）文件打开 flags 与标准 I/O 模式对应

标准 I/O 模式	文件 I/O（open 函数 flags 组合）
`"r"`	`O_RDONLY`
`"r+"`	`O_RDWR`
`"w"`	`O_WRONLY	O_CREAT	O_TRUNC`（创建并清空文件）
`"w+"`	`O_WRONLY	O_APPEND	O_CREAT`（创建并追加写）
`"a"`	`O_RDWR	O_APPEND	O_CREAT`（追加写，可读可写）

（4）文件描述符 file descriptor重要概念

本质：小的、非负整型数值。
范围：0 - 1023（共 1024 个，系统限制），是操作系统中已打开文件的标识符。
分配原则：从最小未被使用的数值分配，默认打开的三个标准文件（标准输入、输出、错误）对应 fd 为 0、1、2 。
与标准IO的关联

标准 I/O 类型	`FILE*` 类型
系统默认打开的标准文件及对应 fd	- 标准输入（stdin）→ fd = 0 - 标准输出（stdout）→ fd = 1 - 标准错误（stderr）→ fd = 2
新建文件的 fd 分配	从 3 开始分配

打开文件后未及时 close ，会因 fd 有限导致文件描述符泄露，开发需养成操作完文件立即关闭的习惯。

（5）示例程序

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>int main(int argc , const char *argv[])
{int fd = open("1.txt",O_RDWR  | O_APPEND  | O_CREAT, 0664);if(-1 == fd){printf("open error\n");}printf("fd = %d\n",fd);close(fd);return 0;
}

三、close函数

（1）函数：int close(int fd);

（2）功能：关闭文件

四、read函数

（1）头文件：

#include <unistd.h>

（2）函数：

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

（3）参数说明

功能：从文件（通过 fd 标识）中读取数据到缓冲区 buf 。
参数：
- fd：文件描述符（open 获得）。
- buf：存储读取数据的内存缓冲区地址。
- count：期望读取的字节数。
返回值：
- 成功：返回实际读取的字节数（可能小于 count ，如读到文件末尾）。
- 失败：返回 -1 ；读到文件末尾返回 0 。

（4）示例程序

char buff[1024] = {0};
ssize_t cnt = read(fd, buff, sizeof(buff));
if (cnt > 0)
{
printf("buff: %s\n", buff);
}

五、write函数

(1)头文件：

#include <unistd.h>

(2)函数原型：

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

(3)参数说明

功能：将 buf 中数据写入文件（通过 fd 标识）。
参数：
- fd：文件描述符。
- buf：要写入数据的内存地址。
- count：要写入的字节数（通常用 strlen 计算字符串长度，或固定字节数）。
返回值：
- 成功：返回实际写入的字节数。
- 失败：返回 -1 。‘

(4）程序示例

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>int main(int argc , const char *argv[])
{int fd = open("2.txt",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC , 0664);if(-1 == fd){printf("open error\n");return -1;}char str[32] = {"hello"};write(fd,str,strlen(str));char *pstr="hello world";write(fd,pstr,strlen(pstr));write(fd,"how are you",11);close(fd);return 0;
}

读写函数应用示例

1.实现cat功能

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if(argc != 2){printf("usage : ./a.out <filename>\n");return -1;}int fd = open(argv[1],O_RDONLY);if(fd < 0){printf("open error\n");return -1;}char buff[1024] = {0};while(1){ssize_t cnt = read(fd,buff, sizeof(buff));if(cnt == 0){return 0;}write(1,buff,cnt);}close(fd);return 0;
}

2.实现拷贝功能

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>int main(int argc, const char *argv[])
{if(argc != 3){printf("usage : ./a.out <srcfile> <dstfile>\n");return -1;}int srcfd = open(argv[1],O_RDONLY);int dstfd = open(argv[2],O_RDWR  | O_APPEND  | O_CREAT,0664);if(-1 == srcfd || -1 == dstfd){printf("open error\n");return -1;}while(1){char buff[1024] = {0};ssize_t cnt = read(srcfd , buff,sizeof(buff));if(cnt == 0){break;}else if(-1 == cnt){printf("read error\n");break;}write(dstfd,buff,cnt);}close(srcfd);close(dstfd);return 0;}

六、文件定位函数---lseek

(1)头文件：

#include <sys/types.h> + #include <unistd.h>

(2)函数原型：

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

(3)参数说明

功能：调整文件读写位置（类似 “光标移动” ），支持随机读写文件。
参数：
- fd：文件描述符。
- offset：偏移量（正数向后移，负数向前移，需结合 whence 理解）。
- whence：偏移的参考位置：
  - SEEK_SET：从文件开头算偏移。
  - SEEK_CUR：从当前读写位置算偏移。
  - SEEK_END:从文件末尾算偏移。
返回值：
- 成功：返回当前读写位置相对于文件开头的偏移量。
- 失败：返回 -1 。

4.实用场景：

求文件大小：lseek(fd, 0, SEEK_END); 返回值即为文件总字节数（需配合变量接收返回值)。
重置读写位置：lseek(fd, 0, SEEK_SET); ，让后续读写回到文件开头。

七、标准IO和文件IO的区别

对比维度	标准 I/O（如 printf、fopen 等）	文件 I/O（如 open、read、write 等）
归属与移植性	属于 C 库函数，移植性强。	属于 Linux 系统调用，依赖内核，移植性弱（仅限 Linux 类系统）。
缓冲区	标准IO是系统调用的一次封装，增加了缓冲区，目的是提高数据读写效率。	无缓冲区，每次 read/write 直接触发系统调用。
适用场景	主要用于对普通文件的操作。	主要应用在对硬件的操作，也可操作普通文件。

八、缓冲区类型（标准 I/O ）

标准 I/O 因缓冲区存在，数据并非立即刷新。

（1）行缓冲（1K 缓冲区，约 1024 字节）

应用场景：终端交互（如 printf 输出到控制台）。
刷新时机：
- 程序正常结束（隐式触发）。
- 遇到换行符（\n ）。
- 调用 fflush(FILE*) 强制刷新。
- 缓冲区写满时自动刷新。

（2）全缓冲（4K 缓冲区，4096 字节）

应用场景：普通文件读写（如 fopen 打开的文件）。
刷新时机：
- 程序结束自动刷新。
- 调用 fflush(FILE*) 强制刷新。
- 文件关闭（fclose ）时刷新。
- 缓冲区写满时自动刷新。

（3）无缓冲（0K 缓冲区）

典型对象：标准错误（stderr ），保证错误信息立即输出（如 fprintf(stderr, ...) ）。

补充程序：实现单词的查找

#include <stdio.h>#include <string.h>int main(int argc, const char *argv[]){FILE *fp = fopen("./dict.txt", "r");if (NULL == fp){printf("fopen error\n");return -1;}char *pword = NULL;char *pmean = NULL;char buff[1024] = {0};char word[512] = {0};while (1){fgets(word, sizeof(word), stdin);//hello\nword[strlen(word) -1] = '\0';if (0 == strcmp(word, ".quit")){break;}while (1){char *p = fgets(buff, sizeof(buff), fp);if (NULL == p){printf("Not found\n");break;}pword = strtok(buff, " ");if (pword != NULL){pmean = strtok(NULL, "\r");if (0 == strcmp(word, pword)){printf("%s : %s\n", pword, pmean);break;}}}rewind(fp);}fclose(fp);return 0;}

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