UNIX下C语言编程(4)

第四章 文件与目录编程

4.1 基本概念

·文件目录概述

文件系统是UNIX对计算机技术的一大贡献！UNIX系统的文件管理十分灵活、功能强大，许多首次在UNIX系统中出现的概念被其他操作系统所采用，如MS－DOS等。

UNIX系统提供了一种层次目录方案。目录就象存放一组文件的柜子一样，目录也可以包括在其他目录中，这样就形成了一种庞大的、具有分支的组织方式，这种结构通常被称为树状结构。目录实际上也是一种特殊的文件。命令、数据文件、其他命令甚至设备（特别文件）都可以作为目录中的项（文件）。

·I标识号、I列表和I节点
一个目录是由一系列结构组成的；每个结构包含一个文件名和一个指向文件自身的指针，该指针是一个整数，称为文件的I标识号。当文件被访问时，它的I标识号用来作为索引打开一个系统表（I列表），系统中存放着文件（I节点）的实体。I节点包含了对文件的描述：
·文件自身的用户和用户组ID
·文件的保护码
·文件内容所在的物理磁盘地址
·文件的大小
·最后一次I节点改变的时间，最后一次使用和修改的时间
·连接该文件的次数，即它出现在其他目录中的次数
·一个指明文件类型的标记（目录、普通文件、特别文件）
·文件的三级保护

UNIX把使用文件的用户分成三个等级：文件所有者、同组用户和其他用户。文件所有者也称文件主，是文件的创建者，对该文件拥有所有权限；同组用户是具有相同组标识号的所有用户，文件主可以决定一个文件属于哪个组以及该组用户对文件的存取权；其他用户是指与文件主无关的用户，他们与文件主不属于同一个用户组，其他用户对一个文件的访问权限也由该文件主决定的。

一个文件的访问权限存放在该文件I节点的di_mode域中，di_mode的0－8位表示文件主、文件组用户和其他用户对该文件的存取权限。举个例子，用"ls -l"命令可列出文件hello.c的模式和属性：

-rwxr-xr-x 1 yds user 58 9月 25日 10时54分 hello.c

最左面一栏显示了该文件的模式：文件主对该文件可读（r）、可写（w）、可执行（x），同组用户对该文件可读、可执行，其他用户对该文件可读、可执行。相应的，di_mode的0－8位为111101101（0755）。

4.2 文件编程介绍

·检查访问权限－access系统调用

access系统调用的格式为：

#include
int access(const char *path, int amode);

其中：参数path指出被检查文件的路径，参数amode指出访问权限。Access判断调用进程的实际用户对文件path是否具有amode所指定的访问权限，若有相应权限，access返回0，否则返回－1。

参数amode可取以下值或它们的逻辑"或"：
R_OK 检查读权限
W_OK 检查写权限
X_OK 检查执行（搜索）权限
F_OK 检查文件是否存在

例如：access("hello.c", R_OK|W_OK), 用来检查实际用户对文件hello.c是否具有读/写权；access("hello.c",F_OK) 判断文件hello.c是否存在。

·链接与删除文件－link和unlink系统调用

link和unlink系统调用的格式为：

#include
int link (const char *path1, const char *path2);
int unlink(const char *path);

其中：参数path1指出已经存在的要被链接的文件路径名，path2指出要建立的链接文件。link实现path2到path1的链接，相当于给path1起了一个别名，同时文件path1的链接计数加1。若成功则返回0，否则返回－1。

参数path指出要被删除的文件路径名。Unlink删除由path指出的文件，若成功则返回0，否则返回－1。

·从I节点上获取信息－stat与fstat系统调用

stat与fstat的调用格式为：

#include
#include
int stat(const char *path, struct stat *buf);
int fstat(int fildes, struct stat *buf);

说明：stat和fstat都用于获取文件I节点中有关状态信息。stat根据参数path给出的文件路径名，搜索它对应的盘I节点，而fstat则根据参数fildes给出的文件描述字去查找对应的I节点。这两个调用都把从I节点中获取到的信息重组后放入参数buf指向的stat结构中（stat结构的说明在文件/usr/include/sys/stat.h中）。这两个调用成功时均返回0，否则返回－1。

stat与fstat调用无论在使用上还是在功能上都是非常类似的，在参数上有一点区别。下面我们来看一个例子。

/* statfile.c */
#include
#include
#include
#include

main(argc,argv)
int argc;
char *argv[];
{
int fd;
struct stat statbuf;
if (argc!=2){
printf("usage: statfile filename!\n");
exit(1);
}
if ((fd = fopen(argv[1], O_RDONLY)) == -1)
fprintf(stderr, "Cannot open %s!\n", argv[1]);
if (unlink(argv[1]) == -1)
fprintf(stderr,"Cannot unlink %s!\n", argv[1]);
if (stat(argv[1], &statbuf) == -1) /* by file name */
fprintf(stderr, "stat %s fails as it should !\n");
else
printf("stat %s succeed!\n", argv[1]);
if (fstat(fd, &statbuf) == -1) /* by file descriptor */
fprintf(stderr, "fstat %s fails!\n", argv[1]);
else
printf("fstat %s succeeds as it should!\n", argv[1]);
}

程序首先打开命令行中指定的文件，然后用unlink将该文件删除，接着分别用stat与fstat系统调用获取该文件的信息。假设当前命令下有一个名为xxx.c的文件，运行

%statfile xxx.c

后，将会输出如下结果：

stat xxx.c fails as it should!
fstat xxx.c succeeds as it should!

从中可知，当一个打开文件被删除后，用stat无法获取该文件的信息。而fstat就可获取该文件的信息。这是由于文件名在unlink之后已从目录中除去，无法找到该文件名，而文件描述字则因文件仍打开而保存下来。因此stat不能成功返回，但fstat仍可成功返回。

使用stat调用来判定一个文件为何种文件类型时相当有用。例如下列代码：

stat("hello", &statbuf);
if (statbuf.st_mod & S_IFMT) == S_IFDIR)
printf("This is a directory file!\n");
else if (statbuf.st_mod & S_IFMT) == S_IFREG)
printf("This is a regular file !\n");
else …

以上代码可判定当前目录下的hello文件是否为目录文件或其他类型的文件。

4.3 目录编程介绍

UNIX把目录也视为一种文件，称为目录文件，并同普通文件一样进行管理和保护。如open、close、read、lseek等文件操作对目录文件都是有效的。前面讲到的文件编程中的各个系统调用对于目录来说也同样有效。但是与普通文件相比目录文件又具有自身的一些特点：

目录文件的读/写/执行访问权限有特殊的含义：读权限允许用户读取目录项的内容；写权限允许用户创建或删除一个文件；执行权限则允许用户检索目录（此时通常称为目录搜索权限）。

目录的创建、删除与普通文件也不同，另外，任何用户都不能对目录文件以写方式打开进行文件写操作。

·目录的创建和删除－mkdir和rmdir系统调用

mkdir 和rmdir系统调用的格式为：

#include
#include
int mkdir (const char *path, mode_t mode);

#include
int rmdir(const char *path);

其中：参数path分别指出要创建和删除的目录文件的文件名。mkdir调用中的参数mode指出新创建目录文件的文件模式。新创建目录后，除"."和".."两项外，无别的目录项；删除目录时，要求目录中除"."和".."两项外，也无别的目录项。这两个系统调用Access成功时都返回0，否则返回－1。

·目录的读取－opendir/readdir/closedir库函数

目录文件可以像普通文件一样，先用系统调用open以读方式打开，再用read调用读取其中的内容。同时，由于目录文件是由具有目录结构的目录项组成的，用read读取其内容有些不方便。UNIX提供的库函数opendir/readdir/closedir等可以方便地实现目录读取。函数说明如下：

#include
#include
DIR *opendir(char *filename);
struct direct *readdir(DIR *dirp);
void closedir(DIR *dirp);

说明：参数filename指出要打开的目录路径名，库函数opendir返回一个指向结构DIR（在文件/usr/include/sys/dir.h中定义）的指针。库函数readdir和closedir均以这个指针作为参数，其中readdir返回一个指向结构direct的指针。有关目录的操作均可基于这个指针。下面是一个例子，查找当前目录下文件名为"name"的文件。

len = strlen(name);
dirp = opendir(".");
if (dirp == NULL) {
return NOT_FOUND;
}
while ((dp = readdir(dirp)) != NULL) {
if (dp->d_namlen == len && !strcmp(dp->d_name, name)) {
closedir(dirp);
return FOUND;
}
}
closedir(dirp);
return NOT_FOUND;

库函数closedir关闭打开的目录。值得注意的是，上面这一小段代码在编程中很实用，稍加修改即可实现UNIX下类似"ls"的简单命令。