Linux下文件IO

Linux下的文件I/O（Input/Output，输入/输出）是指在Linux操作系统中进行文件读取和写入操作的过程。这是在计算机程序中常见的一项任务，用于与磁盘文件或其他I/O设备（如键盘、屏幕、网络套接字等）交互。文件I/O通常是通过文件描述符（file descriptor）来完成的，它是一个整数，用于标识打开的文件或其他I/O资源。以下是关于Linux文件I/O的详细解释：

文件描述符

在 Linux 中，文件 I/O 通过文件描述符来实现。文件描述符是一个非负整数，用于唯一标识一个打开的文件。通常，文件描述符 0 表示标准输入（stdin），文件描述符 1 表示标准输出（stdout），文件描述符 2 表示标准错误（stderr）。

通过系统调用函数 open()，可以打开或创建文件，并获得一个文件描述符来引用该文件。例如，int fd = open("example.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644); 打开名为 "example.txt" 的文件以供写入，并返回文件描述符 fd。

open( )

描述：open() 函数用于打开文件或创建新文件，并返回一个文件描述符，以便后续对文件的操作。

参数：int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

const char *pathname：要打开或创建的文件的路径和名称。

int flags：用于指定文件操作模式，如只读、只写、读写、追加等。可以使用位掩码进行组合。

mode_t mode：只有在创建新文件时才使用，用于指定文件的权限（例如，读、写、执行权限）。

返回值：成功时返回一个文件描述符（非负整数），表示已打开的文件。如果出现错误，返回值为 -1。如果 open() 返回 -1，可以使用 errno 全局变量来确定错误类型，并采取适当的措施。

示例：

打开已存在的文件：int fd = open("example.txt", O_RDONLY);

创建新文件：int fd = open("newfile.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);

附加写入文件：int fd = open("example.txt", O_WRONLY | O_APPEND);

同时读写文件：int fd = open("data.txt", O_RDWR);

设置文件权限：int fd = open("newfile.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);

close( )

描述：close() 函数用于关闭已打开的文件，释放与文件描述符相关的资源。

参数：int close(int fd);

int fd：要关闭的文件描述符。

返回值：成功时返回 0，失败时返回 -1。

示例：

关闭文件描述符：int result = close(fd);

read( )

描述：read() 函数用于从已打开的文件中读取数据。

参数：ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

int fd：要从中读取数据的文件描述符。

void *buf：用于存储读取数据的缓冲区。

size_t count：要读取的字节数。

返回值：当 read() 返回值为 0 时，表示已经读取到文件的末尾。这是通常发生在读取到文件的最后一部分数据后。在使用 read() 函数时，应该检查其返回值以处理可能的错误情况。如果 read() 返回 -1，可以使用 errno 全局变量来确定错误类型。例如，常见的错误类型包括 EINTR（读操作被中断）、EIO（I/O 错误）、EAGAIN（非阻塞模式下没有数据可读）等。如果文件描述符处于非阻塞模式，并且没有可用的数据可读，read() 可能会立即返回 -1，并设置 errno 为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK。

示例：

从文件读取数据：char buffer[1024]; ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer));

write( )

描述：write() 函数用于将数据写入已打开的文件。

参数：ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

int fd：要写入数据的文件描述符。

const void *buf：包含要写入的数据的缓冲区。

size_t count：要写入的字节数。

返回值：在使用 write() 函数时，应该检查其返回值以处理可能的错误情况。如果 write() 返回 -1，可以使用 errno 全局变量来确定错误类型。常见的错误类型包括 EINTR（写操作被中断）、EIO（I/O 错误）、ENOSPC（磁盘空间不足）等。如果文件描述符处于非阻塞模式，并且无法立即写入数据，write() 可能会立即返回 -1，并设置 errno 为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK。

示例：ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

向文件写入数据：char buffer[] = "Hello, World!"; ssize_t bytesWritten = write(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);

lseek( )

描述：lseek() 函数用于移动文件指针到指定位置，以便进行随机访问文件。

参数：off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

int fd：要操作的文件描述符。

off_t offset：偏移量，表示要移动的字节数。

int whence：起始位置，可以是 SEEK_SET（文件开头）、SEEK_CUR（当前位置）、SEEK_END（文件末尾）之一。

返回值：当使用 lseek() 函数时，应该检查其返回值以处理可能的错误情况。如果 lseek() 返回 -1，可以使用 errno 全局变量来确定错误类型。常见的错误类型包括 EINVAL（无效的参数）、ESPIPE（不支持 lseek() 的文件描述符）等。

示例：

移动文件指针：off_t newOffset = lseek(fd, 0, SEEK_SET);

获取文件大小：off_t fileSize = lseek(fd, 0, SEEK_END);

fcntl( )

描述：用于获取文件描述符 fd 的状态标志。返回的标志可以包括 O_RDONLY、O_WRONLY、O_RDWR、O_APPEND、O_NONBLOCK 等。

参数：int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */);

int fd：要操作的文件描述符。

int cmd：要执行的命令，用于指定操作类型。

...：可选参数，根据不同的命令可能需要额外参数。

返回值：根据不同的命令和操作类型，返回不同的值。

示例：

获取文件状态标志：int flags = fcntl(fd, F_GETFL);

设置文件状态标志：int result = fcntl(fd, F_SETFL, new_flags);

获取文件描述符标志：int fd_flags = fcntl(fd, F_GETFD);

设置文件描述符标志：int result = fcntl(fd, F_SETFD, new_fd_flags);

ioctl( )

描述：ioctl() 函数用于执行与设备或文件描述符相关的控制操作，通常在特殊设备文件上使用。

参数：int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);

int fd：要操作的文件描述符。

int request：要执行的控制命令。

...：可选参数，根据不同的命令可能需要额外参数。

返回值：在使用 ioctl() 函数时，应检查其返回值以处理可能的错误情况。如果 ioctl() 返回 -1，可以使用 errno 全局变量来确定错误类型。

示例：ioctl() 函数的使用方式取决于所执行的具体命令和操作类型，因此示例的代码会因命令而异。

dup( )和dup2( )

描述：dup() 函数用于复制文件描述符，创建一个新的文件描述符，该新文件描述符引用与原始文件描述符相同的文件。dup2() 函数还允许指定新文件描述符的值。

参数：

int oldfd：要复制的文件描述符。

int newfd：dup2() 中的新文件描述符，可以指定。

返回值：成功时返回新的文件描述符，失败时返回 -1。

示例：

dup() 函数的作用是复制 oldfd 的文件描述符，然后返回一个新的文件描述符，这个新文件描述符和 oldfd 引用相同的文件或设备。新文件描述符是操作系统中未使用的最小文件描述符值。

dup2() 函数的作用是将 oldfd 的文件描述符复制到 newfd，如果 newfd 已经打开，那么它将首先关闭 newfd，然后将 oldfd 复制到 newfd。这可以用于将文件描述符重定向到指定的文件或标准输入/输出。

unlink( )

描述：unlink() 函数用于删除文件，即从文件系统中移除文件的目录项。文件将被删除，但如果有其他文件描述符仍然打开它，数据仍然可以被访问。

参数：int unlink(const char *pathname);

const char *pathname：要删除的文件的路径和名称。

返回值：unlink() 返回 -1，可以使用 errno 全局变量来确定错误类型。常见的错误类型包括 ENOENT（文件或目录不存在）、EACCES（权限不足）、EISDIR（试图删除目录而不是文件）等。

示例：

删除文件：要删除文件，可以使用 unlink() 函数并传递文件的路径名作为参数。

删除目录：在使用 unlink() 函数时，应该检查其返回值以处理可能的错误情况。

总之，文件I/O是Linux系统编程中的基础操作之一，它允许程序读取和写入文件，与文件系统进行交互，并且是许多应用程序和工具的核心部分。正确地处理文件I/O操作对于编写高效、可靠的Linux应用程序至关重要。