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Linux文件IO操作

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DeROy
发布2021-11-08 16:13:17
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发布2021-11-08 16:13:17
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文章被收录于专栏:编程学习基地

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中文件类型分为以下这几种:

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?

查看文件类型

代码语言:javascript
复制
$ 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

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

代码语言:javascript
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-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

代码语言:javascript
复制
$ 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

代码语言:javascript
复制
$ 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

+- 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

代码语言:javascript
复制
#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:

代码语言:javascript
复制
/* 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errnoerrno定义如下

代码语言:javascript
复制
#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

代码语言:javascript
复制
#include <stdio.h>
void perror(const char *s);

使用示例:

代码语言:javascript
复制
/**
 * @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

代码语言:javascript
复制
./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

代码语言:javascript
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#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

代码语言:javascript
复制
#include <unistd.h>
int close(int fd);
打开文件

通过open打开一个存在的文件

代码语言:javascript
复制
#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

代码语言:javascript
复制
#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

代码语言:javascript
复制
$ 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。

代码语言:javascript
复制
$ 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

代码语言:javascript
复制
 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。

代码语言:javascript
复制
$ umask 
0002
$ umask 000
$ umask 
0000

删除test.txt重新运行程序创建

代码语言:javascript
复制
$ ./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

代码语言:javascript
复制
#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

代码语言:javascript
复制
#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

代码语言:javascript
复制
$ ./main 
readLen:5,data:text

write定义如下

代码语言:javascript
复制
#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

代码语言:javascript
复制
#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

代码语言:javascript
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$ ./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」

代码语言:javascript
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#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

代码语言:javascript
复制
lseek(fd, 0, SEEK_SET);

2.获取当前文件指针的位置

代码语言:javascript
复制
lseek(fd, 0, SEEK_CUR);

3.获取文件长度

代码语言:javascript
复制
lseek(fd, 0, SEEK_END);

示例Demo如下

代码语言:javascript
复制
#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;
}
代码语言:javascript
复制
./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stdinstdoutstderr,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

代码语言:javascript
复制
#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

代码语言:javascript
复制
#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

代码语言:javascript
复制
#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

代码语言:javascript
复制
#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。

·················END·················

作者:梦凡

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原始发表:2021-10-29,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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