Linux系统编程-文件IO操作

文件描述符（File Descriptor）

在 Linux 中，所有打开的文件都通过文件描述符（非负整数）来标识。默认的三个文件描述符：

0：标准输入（STDIN）
1：标准输出（STDOUT）
2：标准错误（STDERR）

类型：int

范围：0 ~ 1023，每个进程最多允许打开 1024 个文件/资源。

打开文件：open()

功能：打开或创建一个文件，并返回文件描述符。

函数原型：

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

参数说明：

pathname：文件路径
flags：打开方式（必须包含且只能包含以下之一）
- O_RDONLY：只读
- O_WRONLY：只写
- O_RDWR：读写
- 可选标志：O_CREAT（创建文件）、O_TRUNC（清空文件）、O_APPEND（追加模式）等
mode：当使用 O_CREAT 时，指定新文件的权限（如0644）

返回值：

成功：文件描述符
-1：出错

关闭文件：close()

功能：关闭已打开的文件描述符，释放资源。

函数原型：

1 2	#include <unistd.h> int close(int fd);

返回值：

0：表示文件描述符已成功关闭，相关资源被释放。
-1：出错

读取文件：read()

功能：从文件描述符中读取数据。

函数原型：

1 2	#include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

参数说明：

fd：文件描述符
buf：存储读取数据的缓冲区
count：要读取的字节数

返回值：

成功：实际读取的字节数（可能小于count）
0：已到达文件末尾
-1：出错

写入文件：write()

功能：向文件描述符写入数据。

函数原型：

1 2	#include <unistd.h> ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

参数说明：

fd：文件描述符
buf：要写入的数据缓冲区
count：要写入的字节数

返回值：

成功：实际写入的字节数
-1：出错

文件定位：lseek()

功能：修改文件的当前读写位置（类似标准库的fseek）。

函数原型：

1 2	#include <unistd.h> off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

参数说明：

offset：偏移量
whence：基准位置
- SEEK_SET：从文件开头开始计算
- SEEK_CUR：从当前位置开始计算
- SEEK_END：从文件末尾开始计算

返回值：

成功：新的文件偏移量
-1：出错

// 移动到文件开头
off_t pos = lseek(fd, 0, SEEK_SET);

// 移动到文件末尾（获取文件大小）
off_t file_size = lseek(fd, 0, SEEK_END);

创建文件：creat()

功能：创建一个新文件（等价于open(path, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, mode)）。

函数原型：

1 2	#include <fcntl.h> int creat(const char *pathname, mode_t mode);

示例：

1	int fd = creat("newfile.txt", 0644); // 创建权限为644的新文件

复制文件描述符：dup() 和 dup2()

功能：复制已有的文件描述符，常用于重定向标准输入 / 输出。

函数原型：

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#include <unistd.h>
int dup(int oldfd);                  // 复制为最小可用的新描述符
int dup2(int oldfd, int newfd);      // 复制到指定的newfd

示例：

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// 将标准输出重定向到文件
int fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
dup2(fd, STDOUT_FILENO); // 后续printf会写入文件而不是终端

同步写入：fsync()

功能：将文件缓冲区的数据强制写入磁盘（确保数据持久化）。

函数原型：

1 2	#include <unistd.h> int fsync(int fd);

示例：

1 2	write(fd, data, len); fsync(fd); // 确保数据写入磁盘，防止断电丢失

示例程序

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>  // open
#include <unistd.h> // close/read/close/lseek

int main(int argc, char *argv[])
{
    char buff[128] = {};
    ssize_t  read_ret;
    ssize_t  write_ret;

    if (argc != 2)
    {
        printf("用法：%s 文件名\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    int fd = open(argv[1], O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open failed");
        return -2;
    }

    write_ret = write(fd, "hello world", 12);
    if (write_ret < 0)
    {
        perror("写入失败");
        return -3;
    }
    printf("写入的数据长度：%ld\n", write_ret);

    if (lseek(fd, 0, SEEK_SET) < 0)
    {
        perror("文件偏移错误");
        return -4;
    }

    read_ret = read(fd, buff, 32);
    if (read_ret < 0)
    {
        perror("读取失败");
        close(fd);
        return -5;
    }
    printf("读取到的数据长度：%ld\n", read_ret);
    printf("读取到的数据：%s\n", buff);

    close(fd);
    return 0;
}