【Linux 封神之路】文件操作 + 时间编程实战：从缓冲区到时间格式化全解析

学嵌入式的小杨同学2026-02-01 9:42

【Linux 封神之路】文件操作 + 时间编程实战：从缓冲区到时间格式化全解析

大家好，我是专注 Linux 技术分享的小杨。上一篇给大家整理了系统监控与性能分析工具，解决了服务器卡慢、程序崩溃的问题。今天接着 Linux 开发核心技能系列，聚焦 "文件操作" 和 "时间编程"------ 这两个是嵌入式 Linux 开发的高频需求，比如日志写入、配置文件读写、时间戳记录等场景都离不开。结合文件操作及时间编程资料，从 "缓冲区 / 非缓冲区文件操作" 到 "时间格式转换"，手把手教你实战用法，附完整代码示例，新手直接套用！

一、先理清：文件操作的两种核心方式

Linux 文件操作分为 "基于缓冲区" 和 "基于非缓冲区" 两种，适用场景不同，核心区别在于是否通过标准库缓冲区优化 IO 效率：

  • 基于缓冲区（fopen/fwrite/fread）：标准库封装，自动缓冲数据，减少系统调用次数，适合普通文件读写（如文本文件、配置文件）；
  • 基于非缓冲区（open/write/read）：直接调用系统调用，无中间缓冲，实时性高，适合设备文件操作（如串口、磁盘）、嵌入式实时场景。

下面分别拆解两种方式的核心函数和实战代码。

二、实战 1：基于缓冲区的文件操作（标准库函数）

基于缓冲区的文件操作通过<stdio.h>头文件的函数实现，用法简单、兼容性好，是开发中的首选。

1. 核心函数详解（按操作流程）

函数 功能 核心参数 / 返回值
fopen 打开 / 创建文件 参数 1：文件路径（如"test.txt"）；参数 2：打开模式（"r"读、"w"写、"a"追加、"r+"读写）；返回值：文件指针（FILE *），失败返回NULL
fwrite 写入数据 参数 1：数据缓冲区地址；参数 2：单个数据大小；参数 3：数据个数；参数 4：文件指针；返回值：成功写入的个数
fprintf 格式化写入（文本文件） 类似printf，多一个文件指针参数（如fprintf(fp, "name:%s\n", "Linux")）
fread 读取数据 参数 1：接收数据的缓冲区；参数 2：单个数据大小；参数 3：读取个数；参数 4：文件指针；返回值：成功读取的个数
fscanf 格式化读取（文本文件） 类似scanf，多一个文件指针参数（如fscanf(fp, "%d", &num)）
fseek 移动文件光标 参数 1：文件指针；参数 2：偏移量（正值向右、负值向左）；参数 3：基准位置（SEEK_SET文件开头、SEEK_CUR当前位置、SEEK_END文件末尾）
fclose 关闭文件 参数：文件指针；返回值：0 成功，-1 失败（必须关闭，避免资源泄漏）

2. 实战代码：文本文件读写（日志记录场景）

c

运行

复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    // 1. 打开文件（不存在则创建，存在则追加写入）
    FILE *fp = fopen("app.log", "a+");
    if (fp == NULL) {
        perror("fopen failed");
        return 1;
    }

    // 2. 格式化写入数据（模拟日志：时间+内容）
    char log_msg[] = "2026-01-28 16:00:00 [INFO] 程序启动成功\n";
    fprintf(fp, "%s", log_msg);

    // 3. 移动光标到文件开头，读取所有日志
    fseek(fp, 0, SEEK_SET);
    char buf[1024];
    printf("日志内容：\n");
    while (fgets(buf, sizeof(buf), fp) != NULL) { // 逐行读取
        printf("%s", buf);
    }

    // 4. 关闭文件
    fclose(fp);
    fp = NULL; // 避免野指针
    return 0;
}

3. 关键注意事项

  • 打开模式选择："w"会清空文件原有内容，"a"会在文件末尾追加，"r+"支持读写但不会创建文件；
  • 必须检查fopen返回值：文件不存在、权限不足都会导致打开失败；
  • 写完数据后若需立即读取，需用fseek移动光标（否则光标在文件末尾，读取不到数据）。

三、实战 2：基于非缓冲区的文件操作（系统调用）

非缓冲区文件操作通过系统调用实现，无中间缓冲，IO 响应更快，适合嵌入式实时场景（如串口通信、磁盘 IO）。

1. 核心函数详解（按操作流程）

函数 功能 核心参数 / 返回值
open 打开 / 创建文件 参数 1：文件路径；参数 2：打开标志（必选：O_RDONLY只读、O_WRONLY只写、O_RDWR读写；可选：O_CREAT创建、O_APPEND追加、O_TRUNC清空）；参数 3：文件权限（O_CREAT时必填，如0644=rw-r--r--）；返回值：文件描述符（int），失败返回 - 1
write 写入数据 参数 1：文件描述符（open 返回值）；参数 2：数据缓冲区；参数 3：数据长度；返回值：成功写入的字节数，失败返回 - 1
read 读取数据 参数 1：文件描述符；参数 2：接收缓冲区；参数 3：读取长度；返回值：成功读取的字节数（0 表示文件结束），失败返回 - 1
lseek 移动光标 参数 1：文件描述符；参数 2：偏移量；参数 3：基准位置（SEEK_SET/SEEK_CUR/SEEK_END）；返回值：光标位置的字节数，失败返回 - 1
close 关闭文件 参数：文件描述符；返回值：0 成功，-1 失败

2. 实战代码：二进制文件读写（数据存储场景）

c

运行

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

// 定义要存储的结构体（模拟传感器数据）
typedef struct {
    int temp;    // 温度
    int humidity;// 湿度
    long time;   // 时间戳
} SensorData;

int main() {
    // 1. 打开文件（创建+读写+清空原有内容，权限0644）
    int fd = open("sensor.bin", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return 1;
    }

    // 2. 准备数据并写入（二进制格式）
    SensorData data = {25, 60, 1738064000};
    ssize_t write_len = write(fd, &data, sizeof(SensorData));
    if (write_len != sizeof(SensorData)) {
        perror("write failed");
        close(fd);
        return 1;
    }
    printf("写入二进制数据成功，长度：%ld字节\n", write_len);

    // 3. 移动光标到文件开头，读取数据
    lseek(fd, 0, SEEK_SET);
    SensorData read_data;
    ssize_t read_len = read(fd, &read_data, sizeof(SensorData));
    if (read_len == -1) {
        perror("read failed");
        close(fd);
        return 1;
    }
    printf("读取数据：温度=%d℃，湿度=%d%%，时间戳=%ld\n", 
           read_data.temp, read_data.humidity, read_data.time);

    // 4. 关闭文件
    close(fd);
    return 0;
}

3. 关键注意事项

  • 文件权限：0644表示所有者可读可写，组用户和其他用户只读（嵌入式开发中常用权限）；
  • 文件描述符：open返回的是整数（如 3、4），而非FILE *，需注意与缓冲区操作的区别；
  • 无缓冲特性：write调用后数据直接写入文件（或设备），无需刷新缓冲区，实时性更高。

四、实战 3：时间编程（时间戳 + 格式化转换）

时间编程在日志记录、数据同步、定时任务中必不可少，核心是 "时间戳→时间结构体→格式化字符串" 的转换流程。

1. 核心概念与结构体

  • 时间戳：从 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒（UTC）到当前时间的秒数（time_t类型）；
  • 时间结构体（struct tm）：拆分后的时间格式，包含秒、分、时、日、月、年等字段（注意：tm_mon从 0 开始，tm_year= 实际年份 - 1900）。

2. 核心函数详解（按转换流程）

函数 功能 核心参数 / 返回值
time 获取当前时间戳 参数：保存时间戳的地址（可传NULL直接返回）；返回值：当前时间戳，失败返回 - 1
localtime 时间戳→本地时间结构体 参数：时间戳指针；返回值：struct tm *（本地时间，如北京时间）
gmtime 时间戳→格林威治时间结构体 参数：时间戳指针；返回值：struct tm *（UTC 时间，比北京时间晚 8 小时）
ctime 时间戳→默认格式字符串 参数：时间戳指针；返回值：字符串指针（如"Wed Jan 28 16:30:00 2026\n"）
asctime 时间结构体→默认格式字符串 参数：struct tm *；返回值：字符串指针（格式同ctime）
strftime 时间结构体→自定义格式字符串 参数 1：结果缓冲区；参数 2：缓冲区大小；参数 3：格式字符串（如"%Y-%m-%d %H:%M:%S"）；参数 4：时间结构体；返回值：成功转换的字符数

3. 实战代码：时间格式化（日志时间戳场景）

c

运行

复制代码 
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <string.h>

int main() {
    // 1. 获取当前时间戳
    time_t now = time(NULL);
    if (now == -1) {
        perror("time failed");
        return 1;
    }
    printf("当前时间戳：%ld\n", now);

    // 2. 时间戳→本地时间结构体
    struct tm *local_tm = localtime(&now);
    if (local_tm == NULL) {
        perror("localtime failed");
        return 1;
    }

    // 3. 自定义格式化时间（常用格式：年-月-日 时:分:秒）
    char time_str[64];
    strftime(time_str, sizeof(time_str), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", local_tm);
    printf("自定义格式时间：%s\n", time_str);

    // 4. 时间戳→默认格式字符串
    char *default_time = ctime(&now);
    printf("默认格式时间：%s", default_time);

    // 5. 时间结构体→默认格式字符串
    char *asctime_str = asctime(local_tm);
    printf("asctime格式时间：%s", asctime_str);

    return 0;
}

4. 常用时间格式符（strftime核心）

格式符 含义 示例
%Y 4 位年份 2026
%m 2 位月份（01-12） 01
%d 2 位日期（01-31） 28
%H 24 小时制小时（00-23） 16
%M 分钟（00-59） 30
%S 秒（00-59） 45
%w 星期（0-6，0 为周日） 3
%j 一年中的第几天（001-366） 028

五、综合实战：文件操作 + 时间编程（日志系统）

结合前面的知识点，实现一个带时间戳的日志系统，自动记录程序运行状态：

c

运行

复制代码 
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <string.h>

// 日志写入函数（带时间戳）
void write_log(const char *level, const char *msg) {
    // 1. 打开日志文件（追加模式）
    FILE *fp = fopen("system.log", "a");
    if (fp == NULL) {
        perror("fopen log failed");
        return;
    }

    // 2. 获取当前时间并格式化
    time_t now = time(NULL);
    struct tm *local_tm = localtime(&now);
    char time_str[64];
    strftime(time_str, sizeof(time_str), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", local_tm);

    // 3. 写入日志（格式：时间 级别 消息）
    fprintf(fp, "[%s] [%s] %s\n", time_str, level, msg);

    // 4. 关闭文件
    fclose(fp);
    fp = NULL;
}

int main() {
    write_log("INFO", "程序启动");
    write_log("INFO", "开始执行数据采集");
    write_log("WARNING", "传感器数据波动较大");
    write_log("INFO", "程序执行完成");

    printf("日志写入成功，查看system.log文件\n");
    return 0;
}

运行后查看system.log文件，输出如下：

plaintext

复制代码 
[2026-01-28 17:00:00] [INFO] 程序启动
[2026-01-28 17:00:01] [INFO] 开始执行数据采集
[2026-01-28 17:00:05] [WARNING] 传感器数据波动较大
[2026-01-28 17:00:10] [INFO] 程序执行完成

六、避坑指南：常见错误解决

  1. 文件操作失败（权限不足）：

    • 原因：创建文件时未指定权限（open用O_CREAT但未传mode参数），或目录无写权限；
    • 解决：open函数添加权限参数（如0644），或用sudo运行程序（仅测试场景）。

  2. 时间格式化出现乱码：

    • 原因：strftime的缓冲区大小不足，或格式符错误；
    • 解决：增大缓冲区（如char time_str[64]），核对格式符（如%Y而非%y）。

  3. 非缓冲区操作读取不到数据：

    • 原因：read后未判断返回值，或光标位置错误；
    • 解决：用lseek移动光标到正确位置，检查read返回值（0 表示文件结束，-1 表示失败）。

七、总结：核心技能与应用场景

  1. 文件操作：
    • 普通文本 / 配置文件：用缓冲区操作（fopen/fprintf/fscanf），效率更高；
    • 设备文件 / 实时场景：用非缓冲区操作（open/write/read），实时性更强；
  2. 时间编程：
    • 日志记录：用strftime自定义时间格式，搭配文件操作实现带时间戳日志；
    • 数据同步：用time获取时间戳，实现跨设备时间同步；
  3. 嵌入式适配：
    • 权限控制：嵌入式设备中文件权限需严格配置（如0644），避免权限过高；
    • 资源释放：文件操作后必须关闭（fclose/close），避免资源泄漏。

掌握文件操作和时间编程，能应对嵌入式开发中 80% 的 IO 场景（日志、配置、数据存储）。下一篇博客，我会给大家整理 "Linux 多线程编程"，解决并发执行、资源同步等问题，敬请关注！

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