【Linux系统】文件IO

Linux 文件与目录（文件IO）操作

Linux 文件与目录操作（文件 I/O）是Linux 系统编程中最基础、也是最重要的部分之一，几乎所有系统调用都会涉及文件描述符、文件操作或目录。

1. 一切皆文件（Everything is a file）

在 Linux 中，几乎所有系统资源都被看作"文件"：

• 普通文件（text、binary）
• 目录
• 设备文件（如 /dev/sda、/dev/tty0）
• 套接字（socket）
• 管道（pipe）

Linux 内核通过一个 文件描述符 (file descriptor, FD) 来引用打开的文件资源。

2. 文件描述符

• 文件描述符是一个整数，从 0 开始编号。

• 默认情况下，Linux 会自动为每个进程打开三个文件描述符，三个文件描述符分别对应如下：

  文件描述符	含义
  STDIN_FILENO (0)	标准输入(stdin)
  STDOUT_FILENO (1)	标准输出(stdout)
  STDERR_FILENO (2)	标准错误(stderr)

当你使用 open() 打开一个文件时，系统会返回一个新的文件描述符，如：3、4、5 等。

一、文件操作系统调用

文件操作的系统调用函数都在头文件 <fcntl.h>, <unistd.h>, <sys/stat.h> 中定义。

1. 打开文件 open()

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

• path：文件路径
• flags：打开方式，如 O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR, O_CREAT, O_APPEND
• mode：创建文件时的权限（如 0644）

示例：

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

int fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
if (fd == -1) {
    perror("open");   // perror 在stdio.h中声明
}

---

2. 读写文件 read() / write()

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

• 返回值是实际读/写的字节数。
• 返回 0 表示文件结束（EOF）。

示例（从文件读取一段内容）：

char buffer[128];
ssize_t n = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
if (n > 0) {
    write(STDOUT_FILENO, buffer, n); // 输出到终端
}

---

3. 文件偏移与定位 lseek()

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

• offset:偏移量。

• whence

  可取：

  • SEEK_SET：从文件开头偏移 offset
  • SEEK_CUR：从当前位置偏移
  • SEEK_END：从文件末尾偏移

示例（计算文件大小）：

off_t size = lseek(fd, 0, SEEK_END);
printf("File size: %ld bytes\n", size);

---

4. 关闭文件 close()

int close(int fd);

• 程序结束前要关闭打开的文件，释放资源。

---

5. 文件状态 stat()

int stat(const char *path, struct stat *st);

• 用于获取文件的元信息（权限、大小、时间、类型等）。

示例：

struct stat st;
if (stat("test.txt", &st) == 0) {
    printf("Size: %ld, Mode: %o\n", st.st_size, st.st_mode);
}

示例程序：

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

int main() {
    char buff[10] = {0};
    printf("pid = %d\n", getpid());
    int fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open");  // perror在stdio.h头文件中声明
    }
    printf("fd = %d\n", fd);
    ssize_t read_len =  read(fd, buff, sizeof(buff));
    if (read_len == -1) {
        perror("read");
    }else if (read_len == 0) {
        perror("EOF");
    }
    /* 输出到终端 */
    ssize_t len =  write(STDOUT_FILENO, buff, sizeof(buff));
    printf("\noutput len = %ld\n",len);

    /* 偏移到文件结尾，计算文件大小 */
    off_t size = lseek(fd, 0, SEEK_END);
    printf("File size: %ld bytes\n", size);
    char str[] = "Hello World";
    /* 在文件结尾写入字符串 */
    write(fd, str, strlen(str));
    close(fd);

    struct stat st;   // stat 位于 <sys/stat.h> 中
    if (stat("test.txt", &st) == 0) {
        printf("Size: %ld, Mode: %o\n", st.st_size, st.st_mode);
    }
    return 0;
}

输出：

1234567890
output len = 10
File size: 11 bytes
Size: 22, Mode: 100644