文件属性获取与目录IO操作详解

nassi_2025-11-06 10:04

文件属性获取与目录IO操作详解

一、文件属性获取函数

1.1 函数原型及区别

在Linux系统中，我们可以使用以下三个函数来获取文件的属性信息：

c 复制代码 
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

int stat(const char *path, struct stat *buf);    // 通过文件名获取
int fstat(int fd, struct stat *buf);             // 通过文件描述符获取  
int lstat(const char *path, struct stat *buf);   // 获取链接文件本身属性

三个函数的区别对比表：

函数 参数类型 特点 适用场景
stat() 文件路径字符串 会追踪符号链接 获取符号链接指向文件的属性
fstat() 文件描述符 通过已打开的文件获取属性 已打开文件的属性获取
lstat() 文件路径字符串 不追踪符号链接 获取符号链接文件本身的属性

1.2 struct stat 结构体详解

struct stat 结构体包含了文件的完整属性信息：

c 复制代码 
struct stat {
    dev_t     st_dev;      // 文件所在设备的ID
    ino_t     st_ino;      // inode编号（文件系统内唯一标识）
    mode_t    st_mode;     // 文件类型和权限
    nlink_t   st_nlink;    // 硬链接数量
    uid_t     st_uid;      // 文件所有者的用户ID
    gid_t     st_gid;      // 文件所有者的组ID
    dev_t     st_rdev;     // 特殊设备文件的设备ID
    off_t     st_size;     // 文件大小（字节），特殊文件为0
    blksize_t st_blksize;  // 文件系统I/O的块大小
    blkcnt_t  st_blocks;   // 分配的512字节块数量
    time_t    st_atime;    // 最后访问时间
    time_t    st_mtime;    // 最后修改时间
    time_t    st_ctime;    // 最后状态改变时间
};

时间字段说明表：

时间字段 含义 触发条件
st_atime 最后访问时间 读取文件内容时更新
st_mtime 最后修改时间 修改文件内容时更新
st_ctime 最后状态改变时间 修改文件属性（如权限、所有者）时更新

1.3 文件类型判断宏

通过 st_mode 字段可以判断文件类型：

c 复制代码 
S_ISREG(m)   // 是否为普通文件
S_ISDIR(m)   // 是否为目录文件
S_ISCHR(m)   // 是否为字符设备文件
S_ISBLK(m)   // 是否为块设备文件
S_ISFIFO(m)  // 是否为管道文件
S_ISLNK(m)   // 是否为符号链接文件
S_ISSOCK(m)  // 是否为套接字文件

文件类型判断示例表：

宏 返回值 文件类型 描述
S_ISREG(st_mode) 1 普通文件 常规数据文件
S_ISDIR(st_mode) 1 目录文件 包含其他文件的目录
S_ISCHR(st_mode) 1 字符设备 如终端设备
S_ISBLK(st_mode) 1 块设备 如磁盘分区
S_ISFIFO(st_mode) 1 管道文件 FIFO特殊文件
S_ISLNK(st_mode) 1 符号链接 指向其他文件的链接
S_ISSOCK(st_mode) 1 套接字文件 用于进程间通信

1.4 代码示例

示例1：获取文件大小
c 复制代码 
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char** argv)
{
    if(argc < 2){
        printf("请先传递文件名\n");
        return -1;
    }
    
    struct stat info;
    if(stat(argv[1], &info) == 0){
        printf("文件大小: %ld 字节\n", info.st_size);
        printf("文件占用的磁盘块数: %ld (每块512字节)\n", info.st_blocks);
        printf("实际占用空间: %ld 字节\n", info.st_blocks * 512);
    } else {
        perror("获取文件信息失败");
    }
    return 0;
}
示例2：判断文件类型
c 复制代码 
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char** argv)
{
    if(argc < 2){
        printf("请先传递文件名\n");
        return -1;
    }
    
    struct stat info;
    if(stat(argv[1], &info) != 0){
        perror("获取文件信息失败");
        return -1;
    }
    
    printf("文件信息:\n");
    printf("- 权限模式: %o\n", info.st_mode & 0777);
    
    if(S_ISREG(info.st_mode)){
        printf("- 类型: 普通文件\n");
        printf("- 大小: %ld 字节\n", info.st_size);
    }
    else if(S_ISDIR(info.st_mode)){
        printf("- 类型: 目录文件\n");
    }
    else if(S_ISCHR(info.st_mode)){
        printf("- 类型: 字符设备文件\n");
    }
    else if(S_ISBLK(info.st_mode)){
        printf("- 类型: 块设备文件\n");
    }
    else if(S_ISFIFO(info.st_mode)){
        printf("- 类型: 管道文件\n");
    }
    else if(S_ISLNK(info.st_mode)){
        printf("- 类型: 符号链接文件\n");
    }
    else if(S_ISSOCK(info.st_mode)){
        printf("- 类型: 套接字文件\n");
    }
    else{
        printf("- 类型: 未知文件类型\n");
    }
    
    return 0;
}
练习：在普通文件末尾追加内容
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct stat buf = {0};
    int ret = 0;
    FILE *fp = NULL;
    
    if (argc < 2)
    {
        printf("参数太少，请指定文件名\n");
        return -1;
    }
    
    // 使用lstat避免符号链接追踪
    ret = lstat(argv[1], &buf);
    if (ret < 0)
    {
        printf("获取文件属性失败\n");
        return -1;
    }
    
    if (S_ISREG(buf.st_mode) != 1)
    {
        printf("该文件不是普通文件，无法追加内容\n");
        return -1;
    }
    
    printf("该文件是普通文件，大小为 %ld 字节\n", buf.st_size);
    
    fp = fopen(argv[1], "a");
    if (NULL == fp)
    {
        perror("打开文件失败");
        return -1;
    }
    
    fwrite("hehe", 4, 1, fp);
    fclose(fp);
    
    printf("成功在文件末尾追加 'hehe'\n");
    return 0;
}

二、目录IO操作

2.1 学习目录IO的意义

文件系统层次结构示意图：

复制代码 
根目录 /
├── home/
│   ├── user1/
│   │   ├── document.txt
│   │   └── photo.jpg
│   └── user2/
├── etc/
│   └── config.conf
└── var/
    └── log/

目录是组织和管理文件的容器，通过目录IO可以：

  • 遍历目录内容
  • 创建/删除目录
  • 管理目录结构
  • 实现文件搜索功能

2.2 访问文件与访问目录的区别

文件系统存储结构对比表：

组件 存储内容 访问方式
文件 实际数据内容 读写文件内容
目录 文件名和inode号的映射表 遍历目录项
inode 文件元数据（属性） 通过系统调用获取

Linux目录结构示意图：

复制代码 
目录项表 (dentry)
+----------------+-----------------+
| 文件名         | inode编号       |
+----------------+-----------------+
| "file1.txt"    | 12345           |
| "file2.c"      | 12346           |
| "subdir"       | 12347           |
+----------------+-----------------+
        ↓
inode表 (存储文件属性)
+---------+-----------------------+
| inode#  | struct stat 信息      |
+---------+-----------------------+
| 12345   | 大小、权限、时间等     |
| 12346   | 大小、权限、时间等     |
| 12347   | 大小、权限、时间等     |
+---------+-----------------------+

2.3 opendir() - 打开目录

c 复制代码 
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>

DIR *opendir(const char *name);

参数说明：

  • name：要打开的目录路径

返回值：

  • 成功：目录流指针 (DIR *)
  • 失败：NULL

验证opendir是否改变当前目录：

c 复制代码 
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc < 2){
        printf("请指定目录路径\n");
        return -1;
    }
    
    printf("打开目录前的当前目录: ");
    system("pwd");

    DIR *dirfp = opendir(argv[1]);
    if(dirfp == NULL)
    {
        perror("opendir error");
        return -1;
    }
    
    printf("打开目录后的当前目录: ");
    system("pwd");
    
    closedir(dirfp);
    return 0;
}

结论： opendir() 只打开目录进行读取，不会改变程序的当前工作目录。

2.4 chdir() - 切换工作目录

c 复制代码 
#include <unistd.h>
int chdir(const char *path);

参数：

  • path：目标路径

返回值：

  • 成功：0
  • 失败：-1
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    FILE *fp = NULL;
    char buf[1024] = {0};
    
    printf("切换前的当前目录: ");
    system("pwd");
    
    if (chdir("/home/superman") < 0)
    {
        perror("切换路径失败");
        return -1;
    }
    
    printf("切换后的当前目录: ");
    system("pwd");

    // 现在打开的是 /home/superman/1.txt
    fp = fopen("./1.txt", "r");
    if (NULL == fp)
    {
        perror("打开文件失败");
        return -1;
    }
    
    fread(buf, 1024, 1, fp);
    printf("文件内容: %s\n", buf);
    fclose(fp);
    
    return 0;
}

2.5 readdir() - 读取目录内容

c 复制代码 
#include <dirent.h>
struct dirent *readdir(DIR *dirp);

struct dirent 结构体：

c 复制代码 
struct dirent {
    ino_t d_ino;           // 文件索引号
    off_t d_off;           // 目录项偏移量
    unsigned short d_reclen; // 目录项大小
    unsigned char d_type;    // 文件类型
    char d_name[256];       // 文件名
};

d_type 文件类型常量表：

常量 值 文件类型 描述
DT_REG 8 普通文件 常规数据文件
DT_DIR 4 目录 文件夹
DT_LNK 10 符号链接 软链接文件
DT_CHR 2 字符设备 终端等字符设备
DT_BLK 6 块设备 磁盘等块设备
DT_FIFO 1 管道 FIFO特殊文件
DT_SOCK 12 套接字 进程间通信
DT_UNKNOWN 0 未知类型 无法确定类型

2.6 closedir() - 关闭目录

c 复制代码 
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
int closedir(DIR *dirp);

2.7 完整示例：遍历目录内容

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <dirent.h>
#include <string.h>

const char* get_file_type(unsigned char d_type) {
    switch(d_type) {
        case DT_REG: return "普通文件";
        case DT_DIR: return "目录";
        case DT_LNK: return "符号链接";
        case DT_CHR: return "字符设备";
        case DT_BLK: return "块设备";
        case DT_FIFO: return "管道";
        case DT_SOCK: return "套接字";
        default: return "未知类型";
    }
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    const char* path = ".";
    if(argc > 1) {
        path = argv[1];
    }
    
    struct dirent *entry = NULL;
    DIR *dir_p = opendir(path);
    
    if (NULL == dir_p) {
        perror("打开目录失败");
        return -1;
    }
    
    printf("目录 '%s' 的内容:\n", path);
    printf("%-15s %-10s %-15s %s\n", "索引号", "类型", "大小", "文件名");
    printf("------------------------------------------------\n");
    
    while (1) {
        entry = readdir(dir_p);
        if (NULL == entry) {
            break;
        }
        
        printf("%-15lu %-10s %-15d %s\n",
               entry->d_ino,
               get_file_type(entry->d_type),
               entry->d_reclen,
               entry->d_name);
    }
    
    closedir(dir_p);
    return 0;
}

目录遍历流程图：

复制代码 
开始
  ↓
opendir()打开目录
  ↓
readdir()读取第一个目录项
  ↓
┌─→ 是否为NULL? ──→ 是 ──→ closedir()关闭目录 ──→ 结束
│       否
│   处理当前目录项信息
│        ↓
└── readdir()读取下一个目录项

2.8 进阶示例：递归遍历目录树

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <dirent.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

void list_directory(const char* path, int depth) {
    DIR *dir;
    struct dirent *entry;
    struct stat statbuf;
    char fullpath[1024];
    
    if ((dir = opendir(path)) == NULL) {
        return;
    }
    
    while ((entry = readdir(dir)) != NULL) {
        // 跳过 . 和 .. 目录
        if (strcmp(entry->d_name, ".") == 0 || 
            strcmp(entry->d_name, "..") == 0) {
            continue;
        }
        
        // 构建完整路径
        snprintf(fullpath, sizeof(fullpath), "%s/%s", path, entry->d_name);
        
        // 获取文件信息
        if (lstat(fullpath, &statbuf) == -1) {
            continue;
        }
        
        // 缩进显示层次结构
        for (int i = 0; i < depth; i++) {
            printf("  ");
        }
        
        if (S_ISDIR(statbuf.st_mode)) {
            printf("📁 %s/\n", entry->d_name);
            // 递归遍历子目录
            list_directory(fullpath, depth + 1);
        } else if (S_ISLNK(statbuf.st_mode)) {
            printf("🔗 %s -> 链接文件\n", entry->d_name);
        } else if (S_ISREG(statbuf.st_mode)) {
            printf("📄 %s (%ld 字节)\n", entry->d_name, statbuf.st_size);
        } else {
            printf("❓ %s\n", entry->d_name);
        }
    }
    
    closedir(dir);
}

int main(int argc, char* argv[]) {
    const char* path = ".";
    if (argc > 1) {
        path = argv[1];
    }
    
    printf("目录树: %s\n", path);
    printf("====================\n");
    list_directory(path, 0);
    
    return 0;
}

三、总结

文件属性获取与目录IO对比表：

功能 文件操作 目录操作
打开 open(), fopen() opendir()
读取 read(), fread() readdir()
关闭 close(), fclose() closedir()
定位 lseek(), fseek() 自动顺序读取
信息获取 stat(), fstat() readdir()返回dirent

关键知识点：

  1. stat vs lstat：处理符号链接时的区别很重要
  2. 目录流：目录读取是顺序的，类似文件流但结构不同
  3. 文件类型判断 ：可以通过st_mode宏或d_type字段
  4. 错误处理：所有系统调用都应检查返回值
  5. 资源释放 ：打开的目录必须用closedir()关闭
    。
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