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UNIX下C语言编程与实践22-UNIX 文件其他属性获取：stat 结构与 localtime 函数的使用

news 2025/10/1 6:54:38

从 stat 结构解析到时间戳转换，掌握 UNIX 文件全属性的获取与格式化

一、核心基础：stat 结构中的文件其他属性

在 UNIX 系统中，struct stat 结构体不仅包含文件类型（st_mode）和权限信息，还存储了一系列关键的文件属性，如链接数、所有者 ID、文件大小、时间戳等。这些属性是文件管理和系统运维的重要依据，通过 stat 或 lstat 函数可完整获取。

1. stat 结构核心属性解析

以下是除文件类型和权限外，struct stat 中最常用的文件属性字段，定义在 <sys/stat.h> 头文件中：

属性字段数据类型核心含义单位/格式示例值
st_nlinknlink_t文件的硬链接数（目录默认 2 个：. 和 ..）整数1（普通文件，无额外硬链接）、2（空目录）
st_uiduid_t文件所有者的用户 ID（UID），对应 /etc/passwd 中的用户整数（用户唯一标识）1000（普通用户 bill）、0（root 用户）
st_gidgid_t文件所属组的组 ID（GID），对应 /etc/group 中的组整数（组唯一标识）1000（组 bill）、20（组 dialout）
st_sizeoff_t文件大小（普通文件：字节数；设备文件：0；符号链接：目标路径长度）字节（64 位整数）1234（普通文件，1234 字节）、0（设备文件）、4（符号链接，目标路径 "bash"）
st_atimetime_t文件最后访问时间（Access Time）：读取文件内容时更新时间戳（自 1970-01-01 00:00:00 UTC 起的秒数）1727500800（对应 2024-09-28 10:00:00）
st_mtimetime_t文件最后修改时间（Modify Time）：修改文件内容时更新（ls -l 默认显示）时间戳1727499000（对应 2024-09-28 09:30:00）
st_ctimetime_t文件最后状态变更时间（Change Time）：修改文件属性（如权限、所有者）时更新时间戳1727499000（与修改时间同步，若仅改权限则单独更新）
st_blocksblkcnt_t文件占用的数据块数（每块默认 512 字节，与 ls -s 输出一致）块数8（对应 8×512=4096 字节，即 1 个 4KB 数据块）

关键认知：

  • st_nlink 对目录的特殊意义：空目录的硬链接数为 2（. 指向自身，.. 指向父目录），每新增一个子目录，父目录的 st_nlink 增加 1（子目录的 .. 指向父目录）；
  • st_sizest_size 恒为 0，符号链接的 st_size 是目标路径字符串的长度（不含终止符 \0）；
  • 三个时间戳的区别：st_atime 对应“读操作”，st_mtime 对应“写内容”，st_ctime 对应“改属性”，三者独立更新，需根据需求选择使用。

二、C 语言实战：GetFileOtherAttr 函数实现

通过编写 GetFileOtherAttr 函数，结合 lstat 函数获取 struct stat 结构，再通过用户/组 ID 转换、时间戳格式化等操作，可生成类似 ls -l 命令的文件属性输出（如链接数、所有者、修改时间）。以下是完整实现流程。

1. 完整程序实现：获取并格式化文件属性

程序功能：接收文件路径，获取文件的硬链接数、所有者/组、文件大小、修改时间等属性，将 UID/GID 转换为用户名/组名，将时间戳转换为可读时间，最终输出格式化结果。

#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <pwd.h>
#include <grp.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>// 函数：将 UID 转换为用户名（如 1000 → "bill"）
const char* UidToName(uid_t uid) {struct passwd *pwd = getpwuid(uid);return (pwd != NULL) ? pwd->pw_name : "unknown";
}// 函数：将 GID 转换为组名（如 1000 → "bill"）
const char* GidToName(gid_t gid) {struct group *grp = getgrgid(gid);return (grp != NULL) ? grp->gr_name : "unknown";
}// 函数：将 time_t 时间戳转换为可读时间字符串（格式：YYYY-MM-DD HH:MM:SS）
void TimeToStr(time_t timestamp, char *time_str, size_t max_len) {struct tm* local_tm = localtime(×tamp);if (local_tm == NULL) {strncpy(time_str, "invalid time", max_len);time_str[max_len - 1] = '\0';return;}// 格式化时间：年（tm_year+1900）、月（tm_mon+1）、日、时、分、秒strftime(time_str, max_len, "%Y-%m-%d %H:%M:%S", local_tm);
}// 核心函数：获取文件其他属性并格式化输出
void GetFileOtherAttr(const char *file_path) {struct stat file_stat;if (lstat(file_path, &file_stat) == -1) {perror("lstat error");return;}// 1. 转换 UID/GID 为用户名/组名const char *owner = UidToName(file_stat.st_uid);const char *group = GidToName(file_stat.st_gid);// 2. 转换修改时间戳为可读字符串char mtime_str[32];TimeToStr(file_stat.st_mtime, mtime_str, sizeof(mtime_str));// 3. 格式化输出（模仿 ls -l 格式）printf(" Links: %-3ld Owner: %-8s Group: %-8s Size: %-8lld Modify Time: %s File: %s\n",(long)file_stat.st_nlink,owner,group,(long long)file_stat.st_size,mtime_str,file_path);
}int main(int argc, char *argv[]) {if (argc < 2) {fprintf(stderr, "Usage: %s <file_path1> [file_path2 ...]\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}// 遍历所有命令行参数，输出每个文件的属性printf("属性格式： Links Owner Group Size Modify Time File\n");printf("--------------------------------------------------------------------------\n");for (int i = 1; i < argc; i++) {GetFileOtherAttr(argv[i]);}return EXIT_SUCCESS;
}

2. 关键函数解析

  • getpwuid(uid_t uid)：

    定义在 <pwd.h>，通过 UID 获取 struct passwd 结构体，其中 pw_name 字段为用户名。若 UID 不存在（如自定义无效 UID），返回 NULL。

  • getgrgid(gid_t gid)：

    定义在 <grp.h>，通过 GID 获取 struct group 结构体，其中 gr_name 字段为组名。与 getpwuid 类似，无效 GID 返回 NULL。

  • localtime(const time_t *timer)：

    定义在 <time.h>，将 time_t 类型的时间戳转换为本地时区的 struct tm 结构体（包含年、月、日等字段）。核心用于时间戳的“可读化”转换，下文将详细讲解。

  • strftime(char *s, size_t maxsize, const char *format, const struct tm *tm)：

    定义在 <time.h>，按指定格式将 struct tm 结构体格式化为字符串（如 %Y-%m-%d %H:%M:%S 对应“2024-09-28 09:30:00”），避免手动拼接时间字段的繁琐操作。

3. 程序编译与多场景测试

将代码保存为 fileattr.c，编译后对不同类型的文件（普通文件、目录、符号链接、设备文件）进行测试，验证属性获取的正确性。

步骤 1：编译程序

gcc fileattr.c -o fileattr

步骤 2：测试 1：普通文件（/etc/passwd）

./fileattr /etc/passwd

属性格式

Links  Owner  Group  Size  Modify Time           File
-----------------------------------------------------------------------------
1      root   root   2345  2024-09-27 18:00:00  /etc/passwd

结果验证

普通文件 /etc/passwd 的硬链接数为 1，所有者和组均为 root，大小 2345 字节，修改时间与系统实际一致，符合预期。

步骤 3：测试 2：目录文件（空目录与非空目录）

创建空目录和含子目录的目录

mkdir empty_dir
mkdir -p non_empty_dir/sub_dir

测试两个目录的属性

./fileattr empty_dir non_empty_dir

属性格式

Links Owner Group Size Modify Time File
--------------------------------------------------------------------------
Links: 2 Owner: bill Group: bill Size: 4096 2024-09-28 10:10:00 File: empty_dir
Links: 3 Owner: bill Group: bill Size: 4096 2024-09-28 10:11:00 File: non_empty_dir

结果验证

空目录 empty_dir 的硬链接数为 2（.和..），含子目录的 non_empty_dir 硬链接数为 3（子目录 sub_dir 的 .. 增加 1 个链接），正确反映目录链接数的特性。

步骤 4：测试 3：符号链接与设备文件

创建符号链接（指向 /etc/passwd）

ln -s /etc/passwd passwd_link

测试符号链接和字符设备文件 /dev/tty

./fileattr passwd_link /dev/tty

属性格式

Links Owner Group Size Modify Time File
--------------------------------------------------------------------------
Links: 1 Owner: bill Group: bill Size: 11 2024-09-28 10:15:00 File: passwd_link
Links: 1 Owner: root Group: tty Size: 0 2024-09-28 08:00:00 File: /dev/tty

结果验证

符号链接 passwd_link 的 st_size 为 11（目标路径 /etc/passwd 的长度），设备文件 /dev/tty 的 st_size 为 0，所有者为 root、组为 tty，与设备文件特性完全一致。

三、时间戳转换核心：localtime 函数详解

UNIX 系统中，文件的时间属性（st_atime、st_mtime、st_ctime）均以 time_t 类型的时间戳存储（自 1970-01-01 00:00:00 UTC 起的秒数），无法直接阅读。localtime 函数是将时间戳转换为“年、月、日、时、分、秒”可读格式的核心工具，其使用逻辑和细节需重点掌握。

1. localtime 函数的使用流程

localtime 函数的核心作用是“将 UTC 时间戳转换为本地时区的结构化时间”，具体使用流程如下：

// 1. 定义变量：时间戳、结构化时间、时间字符串
time_t timestamp = file_stat.st_mtime;  // 从 stat 结构获取文件修改时间戳
struct tm* local_tm;  // 存储结构化时间的指针
char time_str[32];  // 存储最终的可读时间字符串// 2. 调用 localtime 转换时间戳
local_tm = localtime(×tamp);
if (local_tm == NULL) {perror("localtime error");return;
}// 3. 提取 struct tm 中的时间字段（注意：部分字段需调整）
int year = local_tm->tm_year + 1900;  // tm_year：自 1900 年起的年数 → 需加 1900
int month = local_tm->tm_mon + 1;  // tm_mon：0-11（1 月为 0）→ 需加 1
int day = local_tm->tm_mday;  // tm_mday：1-31（无需调整）
int hour = local_tm->tm_hour;  // tm_hour：0-23（24 小时制）
int minute = local_tm->tm_min;  // tm_min：0-59
int second = local_tm->tm_sec;  // tm_sec：0-60（60 为闰秒）// 4. 格式化输出（手动拼接或用 strftime）
snprintf(time_str, sizeof(time_str), "%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d", year, month, day, hour, minute, second);
printf("Modify Time: %s\n", time_str);  // 输出：Modify Time: 2024-09-28 09:30:00

2. struct tm 结构体字段解析

struct tm 结构体

定义在 <time.h> 中，包含完整的时间字段，部分字段需调整后才能直接使用，具体解析如下：

  • tm_year：自 1900 年起的年数（2024 → 124）
  • tm_mon：月份（0-11）（9 月 → 8）
  • tm_mday：月内天数（1-31）（28 日 → 28）
  • tm_hour：小时（0-23）（9 点 → 9）
  • tm_min：分钟（0-59）（30 分 → 30）
  • tm_sec：秒（0-60）（15 秒 → 15）
  • tm_wday：周内天数（0-6，周日为 0）（周六 → 6）
  • tm_yday：年内天数（0-365）（9 月 28 日 → 271）
  • tm_isdst：夏令时标识（1=启用，0=禁用，-1=未知）（未启用 → 0）

常见错误点：

  • 忘记调整 tm_year 和 tm_mon：直接使用 tm_year 会得到“124”（2024-1900），直接使用 tm_mon 会得到“8”（9 月），导致时间显示错误；
  • 忽略 localtime 的返回值检查：当时间戳无效（如负数）时，localtime 返回 NULL，若未检查会导致空指针访问，程序崩溃；
  • 混淆本地时区与 UTC 时区：localtime 转换的是本地时区时间，若需 UTC 时间，应使用 gmtime 函数（用法与 localtime 一致）。

3. localtime 函数的线程安全问题

localtime 函数存在一个关键缺陷：其返回的 struct tm 指针指向静态全局变量，多个线程同时调用时会导致数据竞争，出现时间错乱（如线程 A 的时间被线程 B 覆盖）。

线程安全解决方案：

  • 方案 1：使用 localtime_r（推荐，POSIX 标准）：

    localtime_r 是 localtime 的线程安全版本，需手动传入用户定义的 struct tm 变量地址，避免静态变量竞争，用法如下：

    struct tm local_tm; localtime_r(×tamp, &local_tm); // 结果存储在用户提供的 local_tm 中 int year = local_tm.tm_year + 1900; // 直接访问结构体成员（非指针）

  • 方案 2：使用互斥锁（兼容非 POSIX 系统）：

    若系统不支持 localtime_r（如部分嵌入式系统），可通过互斥锁（pthread_mutex_t）确保同一时间只有一个线程调用 localtime，避免竞争。

四、其他时间相关函数拓展

除 localtime 外，UNIX 还提供了 ctime、mktime、strptime 等时间函数，分别用于快速获取可读时间、时间戳反向转换、字符串解析为时间结构，满足不同场景的时间处理需求。

函数原型核心功能使用场景示例代码输出结果
char *ctime(const time_t *timer);将时间戳直接转换为本地时区的可读字符串（格式：Wed Sep 28 09:30:00 2024\n），无需手动处理 struct tm快速打印时间戳，无需自定义格式time_t t = file_stat.st_mtime;
printf("Modify Time: %s", ctime(&t));		Modify Time: Sat Sep 28 09:30:00 2024
time_t mktime(struct tm *tm);将 struct tm 结构体（本地时区）反向转换为 time_t 时间戳，支持自定义时间的时间戳计算计算特定时间（如“2024-10-01 00:00:00”）的时间戳，用于时间比较struct tm t = {0};
t.tm_year = 2024-1900;
t.tm_mon = 10-1;
t.tm_mday = 1;
time_t timestamp = mktime(&t);
printf("Timestamp: %ld", (long)timestamp);		Timestamp: 1727750400
char *strptime(const char *s, const char *format, struct tm *tm);将自定义格式的时间字符串（如“2024-09-28 09:30:00”）解析为 struct tm 结构体，与 strftime 功能相反解析用户输入的时间字符串，转换为时间戳进行计算char time_str[] = "2024-09-28 09:30:00";
struct tm t;
strptime(time_str, "%Y-%m-%d %H:%M:%S", &t);
time_t ts = mktime(&t);
printf("Timestamp: %ld", (long)ts);		Timestamp: 1727499000
struct tm *gmtime(const time_t *timer);将时间戳转换为 UTC 时区的 struct tm 结构体，与 localtime 唯一区别是时区需要统一 UTC 时间的场景（如日志同步、跨时区数据对比）struct tm *utc_tm = gmtime(&t);
strftime(buf, 32, "%Y-%m-%d %H:%M:%S UTC", utc_tm);
printf("UTC Time: %s", buf);		UTC Time: 2024-09-28 01:30:00 UTC
实战：计算文件修改时间与当前时间的差值

结合 time（获取当前时间戳）、mktime、difftime（计算时间戳差值）函数，可计算文件修改时间距当前的时间差：

#include <time.h>
#include <stdio.h>void CalcTimeDiff(time_t file_mtime)
{time_t now = time(NULL);double diff_sec = difftime(now, file_mtime);int days = diff_sec / (24 * 3600);int hours = (diff_sec % (24 * 3600)) / 3600;int mins = (diff_sec % 3600) / 60;int secs = diff_sec % 60;printf("文件最后修改时间距现在：%d天 %d时 %d分 %d秒\n", days, hours, mins, secs);
}
struct stat file_stat;
stat("filename.txt", &file_stat);
CalcTimeDiff(file_stat.st_mtime);

五、常见问题与解决方法

在获取文件其他属性和处理时间戳的过程中，常因函数使用不当、权限不足等导致问题。以下是高频问题及对应的解决方法：

常见问题问题现象原因分析解决方法
getpwuid/getgrgid 返回 NULL用户名/组名显示为“unknown”，但 UID/GID 实际存在（如 1000）1. 系统 /etc/passwd 或 /etc/group 文件损坏或权限不足（无法读取）；
2. 程序运行在 chroot 环境中，未挂载 /etc 目录，导致无法读取用户/组配置		1. 检查 /etc/passwd 权限：ls -l /etc/passwd，确保有读权限（如 644）；
2. chroot 环境：挂载 /etc/passwd 和 /etc/group 到 chroot 目录；
3. 降级处理：若无法修复，直接输出 UID/GID（如“UID=1000”）
localtime 转换时间错误（年份为 1970）时间显示为“1970-01-01 08:00:00”，与实际时间不符1. 时间戳为 0 或无效值（如负数），localtime 无法正确转换；
2. 文件的 st_mtime 未初始化（如 stat 函数调用失败后未检查，直接使用 file_stat.st_mtime）		1. 检查时间戳有效性：确保 st_mtime 为正数（正常时间戳自 1970 年起，最小值为 0）；
2. 强制检查 stat/lstat 返回值，失败时不进行时间转换
线程安全问题导致时间错乱多线程程序中，不同线程输出的文件时间相互覆盖（如线程 A 的时间显示为线程 B 的时间）localtime 返回静态全局变量的指针，多线程并发访问时存在数据竞争1. 替换为线程安全函数 localtime_r（推荐）；
2. 若不支持 localtime_r，使用互斥锁（pthread_mutex_lock/unlock）保护 localtime 调用
符号链接的属性与目标文件不一致获取符号链接的 st_uid/st_size 时，得到的是目标文件的属性，而非链接本身使用了 stat 函数而非 lstat 函数——stat 会自动跟随符号链接，获取目标文件的属性始终使用 lstat 函数获取符号链接本身的属性；若需目标文件属性，再对符号链接的目标路径调用 stat

本文从 stat 结构的文件属性解析入手，详细讲解了文件链接数、所有者、时间戳等属性的获取方法，重点剖析了 localtime 函数的时间戳转换逻辑，并拓展了其他时间相关函数的使用。掌握这些知识，可实现对 UNIX 文件属性的全面管控，为文件管理工具开发、系统运维脚本编写提供基础。

建议结合实际需求多做实践（如编写文件属性统计脚本、时间差计算工具），加深对函数使用细节和属性特性的理解，避免因细节疏忽导致的错误。

http://www.dtcms.com/a/426574.html

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