Linux文件IO操作

来源：微信公众号「编程学习基地」

目录

• 文件操作
  • Linux文件类型
  • Linux文件权限
  • 修改文件权限
• Linux error
  • 获取系统调用时的错误描述
  • 打印错误信息
• 系统IO函数
  • open/close
    • 打开文件
    • 创建文件
  • 修改默认访问权限
  • read/write
  • lseek
• linux下的标准输入/输出/错误
  • 标准输入(standard input)
  • 标准输出(standard out)
  • 标准错误输出(standard error)

文件操作

在进行 Linux 文件操作之前，我们先简单了解一下 Linux 文件系统

Linux文件类型

Linux中文件类型只有以下这几种：

符号	文件类型
-	普通文件
d	目录文件，d是directory的简写
l	软连接文件，亦称符号链接文件，s是soft或者symbolic的简写
b	块文件，是设备文件的一种（还有另一种），b是block的简写
c	字符文件，也是设备文件的一种（这就是第二种），c是character的文件
s	套接字文件，这种文件类型用于进程间的网络通信
p	管道文件，这种文件类型用于进程间的通信

怎么判断文件类型？

$ ls -l
total 8
drwxrwxr-x 2 ubuntu ubuntu 4096 Oct 25 15:30 dir
prw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu    0 Oct 25 15:30 FIFOTEST
-rw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu    2 Oct 25 15:25 main.c
lrwxrwxrwx 1 ubuntu ubuntu    6 Oct 25 15:28 main.c-temp -> main.c
srwxrwxr-x 1 ubuntu ubuntu    0 Oct 25 15:24 test.sock

ls -l 第一个字母代表文件类型

Linux文件权限

文件权限是文件的访问控制权限，那些用户和组群可以访问文件以及可以执行什么操作

查看文件权限

文件类型后面紧跟着的就是文件权限

简单介绍下文件权限，如下图所示:

因为Linux是一个多用户登录的操作系统，所以文件权限跟用户相关。

修改文件权限

1.以二进制的形式修改文件权限

什么是二进制形式？以main.c的权限为例

-rw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu    2 Oct 25 15:25 main.c

文件的权限为rw-rw-r--,对应的二进制为664，如何计算呢，看下表

	可读	可写	可执行
字符表示	r	w	x
数字表示	4	2	1

所有者的权限为rw-,对应着4+2+0，也就是最终的权限6，以此类推，用户组的权限为6，其他用户的权限为4.

修改文件权限需要用到chmod命令，如下所示

$ ls -l
-rw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu    2 Oct 25 15:25 main.c
$ chmod 666 main.c
$ ls -l
-rw-rw-rw- 1 ubuntu ubuntu    2 Oct 25 15:25 main.c

二进制的计算不要算错了

2.以加减赋值的方式修改文件权限

还是用到chmod命令，直接上手

$ ls -l
-rw-rw-rw- 1 ubuntu ubuntu    2 Oct 25 15:25 main.c
$ chmod o-w main.c
$ ls -l
-rw-rw-r-- 1 ubuntu ubuntu    2 Oct 25 15:25 main.c

文件所有者 user	文件所属组用户 group	其他用户 other
u	g	o

+ 和 - 分别表示增加和去掉相应权限

简单的了解了Linux下的文件操作之后就开始进入代码编程阶段

Linux error

获取系统调用时的错误描述

Linux下的文件操作属于系统调用，Linux中系统调用的错误都存储于 errno 中，例如文件不存在，errno置 2，即宏定义 ENOENT ,对应的错误描述为 No such file or directory。

打印系统调用时的错误描述需要用到 strerror,定义如下

#include <string.h>
char *strerror(int errnum);

查看系统中所有的 errno 所代表的含义，可以采用如下的代码：

/* Function: obtain the errno string
*   char *strerror(int errno)
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>     //for strerror()
//#include <errno.h>
int main()
{
    int tmp = 0;
    for(tmp = 0; tmp <=256; tmp++)
    {
        printf("errno: %2d\t%s\n",tmp,strerror(tmp));
    }
    return 0;
}

可以自己手动运行下，看下输出效果

打印错误信息

之前谈到Linux系统调用的错误都存储于 errno 中，errno定义如下

#include <errno.h>
int errno;

除了 strerror 可以输出错误描述外，perror 也可以，而且更加方便

打印系统错误消息 perror ,函数原型及头文件定义如下

#include <stdio.h>
void perror(const char *s);

使用示例：

/**
 * @brief 文件不存在打开失败时打印错误描述
 */
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h> //strerror
#include <errno.h>  //errno

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDWR);
    if(fd == -1) {
        perror("open");
        //printf("open：%s\n",strerror(errno));
    }
    close(fd);
    return 0;
}

当文件 test.txt 不存在时打印如下

./main
open: No such file or directory

系统IO函数

UNIX环境下的C 对二进制流文件的读写有两种体系：

1. fopen,fread,fwrite ;
2. open, read, write;

fopen 系列是标准的C库函数；open系列是 POSIX 定义的，是UNIX系统里的system call。

文件操作不外乎 open,close,read,write,lseek，从打开文件开始介绍

open/close

open 定义如下

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

- pathname：要打开的文件路径

- flags：对文件的操作权限设置还有其他的设置

​ O_RDONLY, O_WRONLY, O_RDWR 这三个设置是互斥的

- mode：八进制数，表示创建出的新的文件的操作权限，例如：0775

close 定义如下

#include <unistd.h>
int close(int fd);

打开文件

通过open打开一个存在的文件

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

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDONLY);// 打开一个文件
    if(fd == -1) {
        perror("open");
    }
    // 读写操作
    close(fd);	// 关闭
    return 0;
}

如果文件存在，打开文件；文件不存在，打开失败，错误描述为No such file or directory。

创建文件

通过open创建一个新的文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() {
    // 创建一个新的文件
    int fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0777);
    if(fd == -1) {
        perror("open");
    }
    // 关闭
    close(fd);
    return 0;
}

这里有个东西需要注意一下，先看输出结果

$ ls -l test.txt
-rwxrwxr-x 1 dengzr dengzr    0 Oct 27 19:50 test.txt

创建文件的同时赋予文件权限，在上面的Linux文件权限中已经介绍过了文件权限

创建文件时赋值的权限为777，但是创建的文件权限为775,这是我们需要注意的地方。

在linux系统中，我们创建一个新的文件或者目录的时候，这些新的文件或目录都会有默认的访问权限。默认的访问权限通过命令umask查看。

$ umask
0002

用户创建文件的最终权限为mode & ~umask。

例如Demo中创建的文件权限mode = 0777,所以最终权限为 0775

 777	->	111111111
~002	->	111111101	&
 775	->	111111101

修改默认访问权限

更改umask值，可以通过命令 umask mode 的方式来更改umask值，比如我要把umask值改为000，则使用命令 umask 000 即可。

$ umask
0002
$ umask 000
$ umask
0000

删除test.txt重新运行程序创建

$ ./create
$ ls -l test.txt
-rwxrwxrwx 1 dengzr dengzr 0 Oct 27 20:06 test.txt

ps:这种方式并不能永久改变umask值，只是改变了当前会话的umask值，打开一个新的shell输入umask命令，可以看到umask值仍是默认的002。要想永久改变umask值，则可以修改文件/etc/bashrc，在文件中添加一行 umask 000 。

read/write

文件I/O最基本的两个函数就是read和write,在《unix/linux编程实践教程》也叫做unbuffered I/O。

这里的ubuffered，是指的是针对于read和write本身来说，他们是没有缓存机制(应用层无缓冲)。

read定义如下

#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

参数：

- fd：文件描述符

- buf：保存读取数据的缓冲区

- count：读取数据的大小

返回值：

- 成功：

>0: 返回实际的读取到的字节数

=0：文件已经读取完了

- 失败：-1 ，并且设置errno

简单应用一下，示例Demo

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>  //errno

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDWR);
    if(fd == -1) {
        perror("open");
    }
    char buff[1024];
    memset(buff,'\0',1024);
    int readLen = read(fd,buff,1024);
    printf("readLen:%d,data:%s",readLen,buff);
    close(fd);
    return 0;
}

Demo读取 test.txt 里面的数据并显示

$ ./main
readLen:5,data:text

write定义如下

#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

参数：

- fd：文件描述符

- buf：待写入数据块

- count：写入数据的大小

返回值：

- 成功：实际写入的字节数

- 失败：返回-1，并设置errno

同样简单应用一下，Demo如下

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>  //errno

int main() {
    int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT ,0775);
    if(fd == -1) {
        perror("open");
    }
    char buf[256] = "text";
    int Len = write(fd,buf,strlen(buf));
    printf("readLen:%d,data:%s\n",Len,buf);
    // close(fd);
    return 0;
}

在Demo中注释掉close，数据写入成功

$ ./main
readLen:4,data:text
$ cat test.txt
text

对比fwrite等标准的C库函数，write是没有缓冲的，不需要fflush或者close将缓冲数据写入到磁盘中但是程序open后一定要close，这是一个良好的编程习惯。

ps:其实write是有缓冲的，在用户看不到的系统层，我们可以理解为没有缓冲

lseek

作用：对文件文件指针进行文件偏移操作

lseek定义如下

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

参数：

​ - fd：文件描述符

​ - offset：偏移量

​ - whence:

​ SEEK_SET :设置文件指针的偏移量

​ SEEK_CUR :设置偏移量：当前位置 + 第二个参数offset的值

​ SEEK_END:设置偏移量：文件大小 + 第二个参数offset的值

返回值：返回文件指针的位置

lseek和标准C库函数fseek没有什么区别，几个作用简单了解一下

1.移动文件指针到文件头

lseek(fd, 0, SEEK_SET);

2.获取当前文件指针的位置

lseek(fd, 0, SEEK_CUR);

3.获取文件长度

lseek(fd, 0, SEEK_END);

示例Demo如下

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() {
    int fd = open("test.txt", O_RDWR);
    if(fd == -1) {
        perror("open");
        return -1;
    }
    // 获取文件的长度
    int len = lseek(fd, 0, SEEK_END);
    printf("file len:%d\n",len);
    // 关闭文件
    close(fd);
    return 0;
}

./main
file len:4

linux下的标准输入/输出/错误

在文件IO操作里面一直讲到文件描述符，那我就不得不提一下linux中的标准输入/输出/错误

在C语言的学习过程中我们经常看到的stdin，stdout和stderr，这3个是被称为终端（Terminal）的标准输入（standard input），标准输出（ standard out）和标准错误输出（standard error），这对应的是标准C库中的fopen/fwrite/fread。

但是在在Linux下，操作系统一级提供的文件API都是以文件描述符来表示文件，对应的的标准输入，标准输出和标准错误输出是0，1，2，宏定义为STDIN_FILENO、STDOUT_FILENO 、STDERR_FILENO ，这对应系统API接口库中的open/read/write。

标准输入(standard input)

在c语言中表现为调用scanf函数接受用户输入内容，即从终端设备输入内容。也可以用fscanf指明stdin接收内容或者用read接受，对应的标准输入的文件标识符为0或者STDIN_FILENO。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
    char buf[1024];
    //C语言下标准输入
    scanf("%s",buf);
    //UNIX下标准输入 stdin
    fscanf(stdin,"%s",buf);
    //操作系统级 STDIN_FILENO
    read(0,buf,strlen(buf));
    return 0;
}

ps:注意read不可以和stdin搭配使用

标准输出(standard out)

在c语言中表现为调用printf函数将内容输出到终端上。使用fprintf指明stdout也可以把内容输出到终端上或者wirte输出到终端，对应的标准输出的文件标识符为1或者STDOUT_FILENO 。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    char buf[1024];
    //C语言下标准输入 输出
    scanf("%s",buf);
    printf("buf:%s\n",buf);
    //UNIX下标准输入 stdin
    fscanf(stdin,"%s",buf);
    fprintf(stdout,"buf:%s\n",buf);
	//操作系统级 STDIN_FILENO
    read(STDIN_FILENO,buf,strlen(buf));
    write(STDOUT_FILENO,buf,strlen(buf));
    return 0;
}

标准错误输出(standard error)

标准错误和标准输出一样都是输出到终端上， 标准C库对应的标准错误为stderr，系统API接口库对应的标准错误输出的文件标识符为2或者STDERR_FILENO。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
    char buf[1024]="error";
    fprintf(stderr,"%s\n",buf);

    write(2,buf,strlen(buf));
    return 0;
}

既然有标准输出，为什么要有标准错误呢？既生瑜何生亮？

一个简单的Demo让你了解一下，诸葛的牛逼

#include <stdio.h>
int main()
{
    fprintf(stdout, "stdout");
    fprintf(stderr, "stderr");
    return 0;
}

猜一下是先输出stdout还是stderr，按照正常思维是先输出stdout，再输出stderr。

但是stderr属于诸葛流，喜欢抢占先机，所以先输出stderr，再输出stdout。

~咳咳，扯远了，实际上stdout是块设备，stderr不是。对于块设备，只有当下面几种情况下才会被输入：遇到回车；缓冲区满；flush被调用。而stderr因为没有缓冲所以直接输出。

谈一下stdin和STDIN_FILENO区别

以前我一直没搞明白，以为stdin等于0，其实stdin类型为 FILE*；STDIN_FILENO类型为 int，不能相提并论，其次stdin属于标准I/O，高级的输入输出函数，对应的fread、fwrite、fclose等；STDIN_FILENO属于系统API接口库，对应的read，write，close。

上面都是我零碎的知识点总结一下备忘。