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认识 C 语言的文件 I/O

news 2025/8/17 14:36:44

在学习 C 语言时，文件输入输出（I/O）是绕不开的一部分。很多初学者觉得这块很复杂，其实只要掌握几个核心概念，就能顺畅地读写文件、操作数据了。

1. I/O

I/O 是 Input（输入） 和 Output（输出） 的缩写。

在 C 语言中，标准输入 默认是键盘，标准输出 默认是显示器。
在 Linux 里，几乎所有 I/O 都是“文件操作”，即使是键盘、屏幕、网络，都可以用文件的方式去读写。

2. 两种 I/O 方式

C 语言中常见的文件操作有两种：

1.标准 I/O（库函数）

使用 FILE *fp 这种指针。
常用函数：fopen、fgetc、fputs、fread、fwrite、fseek、fclose。
有 缓冲机制：数据会先存在内存的缓冲区里，不是直接读写硬盘，提高效率。
优点：功能多、用起来简单。
缺点：安全性稍弱，跨平台时个别行为可能不同。

2.系统调用（文件 I/O）

使用 文件描述符 fd（一个整数）。
常用函数：open、read、write、lseek、close。
直接跟操作系统交互，没有缓冲区。
优点：简单、直接、安全。
缺点：功能不如标准 I/O 丰富，需要自己处理细节。
其实，标准 I/O 底层就是用系统调用实现的。

3.缓冲区域

为了减少读写次数，提高速度，标准 I/O 会先把数据放进缓冲区，然后一次性处理。

有三种缓冲方式：

缓冲类型	大小	刷新时机	应用场景
行缓冲	约 1KB	遇到 `\n`、缓冲满、`fflush`、程序结束	与终端交互（`stdout`）
全缓冲	约 4KB	缓冲满、`fflush`、程序结束	文件读写
无缓冲	0	立即输出	错误信息（`stderr`）

4.文件定位

有时需要移动“文件指针”，比如跳过前几个字节。

标准 I/O 的定位函数：

fseek(fp, offset, whence)：移动文件位置。
ftell(fp)：获取当前位置。
rewind(fp)：回到文件开头。

系统调用的定位函数：

lseek(fd, offset, whence)：同样功能，只是操作文件描述符。

whence 取值：

SEEK_SET：文件开头
SEEK_CUR：当前位置
SEEK_END：文件结尾

5. 文件权限与 open 函数

在 Linux 中，打开文件常用：

flags 必选：
- O_RDONLY（只读）
- O_WRONLY（只写）
- O_RDWR（读写）
flags 附加：
- O_APPEND（追加写）
- O_CREAT（文件不存在则创建）
- O_TRUNC（截断清空）
mode：创建文件时的权限，如 0666（读写权限）。

权限会受 umask 影响，实际权限 = mode & ~umask。

6. 标准 I/O 与系统调用的互转

有时需要把 FILE * 和 fd 互相转换：

fileno(fp)：从流指针得到文件描述符。
fdopen(fd, "r+")：从文件描述符创建流指针。

小练习

用 read 和 write 复制文件：

int fd1 = open("src.txt", O_RDONLY);
int fd2 = open("dst.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);
char buf[1024];
ssize_t n;
while ((n = read(fd1, buf, sizeof(buf))) > 0) {write(fd2, buf, n);
}
close(fd1);
close(fd2);