Linux文件I/O操作

一、UNIX/Linux 的一个基本哲学是“一切皆文件”。Linux 文件按其代表的具体对象，可大致分类为：

• 普通文件，即一般意义上的文件、磁盘文件；
• 设备文件，代表的是系统中一个具体的设备；
• 管道文件、FIFO 文件，一种特殊文件，常用于进程间通信；
• 套接字（socket)文件，主要用在网络通信方面。 

二、文件 I/O 的常用操作方法有“打开”、“关闭”、“读”和“写”等。只要是文件，都可以用这套方法操作。Linux 系统提供的文件 I/O 接口函数，是以最基本的系统服务形式提供的，又称它们为基本 I/O 函数。这些函数有个共同的特点：它们都通过文件描述（fd）来完成对指定文件的 I/O 操作。 

三、在 C 语言下进行文件 I/O 编程，一般要包含程序如下所列的头文件，这些头文件定义了文件 I/O 用到的数据类型、函数原型及其它要用到的符号常量。

#include<sys/types.h>  /* 定义数据类型，如  ssize_t，off_t 等 */
#include <fcntl.h>     /* 定义 open，creat 等函数原型，创建文件权限的符号常量 S_IRUSR 等 */
#include <unistd.h>    /* 定义 read，write，close，lseek 等函数原型 */
#include <errno.h>     /* 与全局变量 errno 相关的定义 */
#include <sys/ioctl.h> /* 定义 ioctl 函数原型 */

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

int creat(const char *pathname, mode_t mode);

   操作成功，返回值为文件描述符 fd，否则返回-1，同时设置全局变量 errno 报告具体错误的原因。


参数      打开文件标识              含义

pathname      -            C 字符串形式的文件名 

           O_RDONLY      以只读方式打开文件，与 O_WRONLY 和 O_RDWR 互斥 
           O_WRONLY      以只写方式打开文件，与 O_RDONLY 和 O_RDWR 互斥 
flags      O_RDWR        以可读写方式打开文件，与 O_WRONLY 和 O_RDONLY 互斥 
           O_CREAT       如果要打开的文件不存在，则创建该文件 
           O_EXCL        该标志与 O_CREAT 共同使用时，会去检查文件是否存在，若文件不存在则创建该文件，否则将导致打开文件失败。此外，打开文件链接时，使用该标志将导致失败 
           O_NOCTTY      如果要打开的文件为终端设备，则不把该终端设备当成控制终端 
           O_TRUNC       若文件存在且以可写方式打开，此标志会清除文件内容，并将其长度置为 0 
           O_APPEND      读写文件都从文件的尾部开始，所写入的数据会以追加的方式插入到文件末尾 
           O_NONBLOCK    以不可阻塞方式打开文件，也就是不管有无数据需要读写或者等待，都会立即返回 

mode           -         创建文件的权限模式，可以使用八进制数来表示新文件的权限，也可采用中定义的符号常量。当打开已有文件时，将忽略这个参数。


                                创建文件的权限模式

    符号常量   值         含义               符号常量   值        含义 
    S_IRWXU  0x700  所属用户读、写和执行权限  S_IRWXG  0x070  组用户读、写和执行权限 
    S_IRUSR  0x400  所属用户读权限           S_IRGRP  0x040  组用户读权限 
    S_IWUSR  0x200  所属用户写权限           S_IWGRP  0x020  组用户写权限 
    S_IXUSR  0x100  所属用户执行权限         S_IXGRP  0x010  组用户执行权限 
    S_IRWXO  0x007  其他用户读、写和执行权限  S_IWOTH  0x002  其他用户写权限 
    S_IROTH  0x004  其他用户读权限           S_IXOTH  0x001  其他用户执行权限 


    creat()创建文件时，如果文件已存在，则会把已存在的文件内容清空、长度截为 0，然后返回对应的文件描述符；如果文件不存在，则直接创建，然后返回创建文件的描述符； 

    当 open()的参数 flags 设置了 O_CREAT 时，如果文件已存在，则直接打开并返回文件描述符；如果文件不存在，则创建新文件，然后返回对应的文件描述符。 

int close(int fd);

    如果文件顺利关闭，返回 0，否则返回-1，同时设置全局变量 errno 报告具体错误的原因

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

    
    操作成功，返回实际读取的字节数，如果已到达文件结尾，返回 0，否则返回-1 表示出错，同时设置全局变量 errno 报告具体错误的原因。

    参数 fd 是所打开文件的描述符，buf 是数据缓冲区，存放着准备读入文件的数据，count是请求写入的字节数。实际读取的字节数，可以小于请求的字节数 count，比如下面两种情况： 

• 文件长度小于请求的长度，即还没达到请求的字节数时，就已到达文件结尾。
• 读设备文件时，有些设备每次返回的数据长度小于请求的字节数，如终端设备一般按行返回，即每读到一行数据，就返回。 

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

    操作成功，返回实际写入的字节数，出错则返回-1，同时设置全局变量 errno 报告具体错误的原因。
    参数 fd 是所打开文件的描述符，buf 是数据缓冲区，存放着准备写入文件的数据，count是请求写入的字节数。实际写入的字节数可以小于请求写的字节数。

int fsync(int fd);

    操作成功返回 0，否则返回-1，同时设置全局变量 errno 报告具体错误的原因。

    fsync()函数的功能是进行文件数据同步，强制把已修改过的文件数据存入持久存储设备中。

    write()函数一旦返回，表明所写的数据已提交到系统内部缓存了，但此时数据并不一定已经被写入磁盘等持久存储设备中。要确保已修改过的数据全部写入持久存储设备中，正确的做法是调用 fsync 函数进行文件数据同步，强制把已修改过的文件数据写入持久存储设备中。 如果不调用 fsync()，在 write()返回后马上就复位或重新上电，则所作的修改就可能没有被更新，从而造成文件数据丢失。

文件操作实例：

#include <sys/types.h>  /* 定义数据类型，如 ssize_t, off_t等 */
#include <fcntl.h>      /* 定义 open，creat 等函数原型，创建文件权限的符号常量 S_IRUSR 等 */
#include <unistd.h>     /* 定义 read，write，close，lseek 等函数原型 */
#include <errno.h>      /* 与全局变量 errno 相关的定义 */
#include <sys/ioctl.h>  /* 定义 ioctl 函数原型 */
#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

int main(void)
{
    char filename[] = "sample.txt";
    char str[] = "file sample, hello wolrd!\n";
    int fd = -1;
    int res = 0;
    char buf[128] = {0};

    fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IROTH | S_IRGRP | S_IWGRP);

    if (fd < 0)
    {
        cout << "open \"" << filename << "\"" << " file failed" << std::endl;
        return -1;
    }
    cout << "open \"" << filename << "\"" << " successful" << endl;

    res = write(fd, str, sizeof(str));
    cout << "write " << res << " bytes to " << "\"" << filename << "\"" << endl;
    fsync(fd);
    cout << "data fsysc to file" << endl;
    close(fd);
    cout << "close file" << endl;

    fd = open(filename, O_RDONLY);
    if (fd < 0)
    {
        cout << "open \"" << filename << "\"" << " file failed" << std::endl;
        return -1;
    }

    res = read(fd, buf, sizeof(buf));
    buf[res] = '\0';
    cout << "read " << res << " bytes from file " << "\"" << filename << "\", " << buf << endl;
    close(fd);

    return 0;
}

#Makefile for file_wr

EXE = file_wr
OBJ = file_wr.o
SRC = file_wr.c

CXX = g++
CXXFLAGS = -g
LDFLAGS =

EXE:$(OBJ)
    $(CXX) $(LDFLAGS) -o $(EXE) $^

OBJ:$(SRC)
    $(CXX) $(LDFLAGS) -o $(OBJ) -c $^

.PHONY:clean
clean:
    -$(RM) -rvf $(OBJ) $(EXE)

    在这个范例中，先以可写方式打开当前目录下的“sample.txt”文件，如果该文件不存在，则创建文件，再往文件中写入一个字符串“file sample, hello world!\n”，把操作结果输出到终端后，关闭文件。接着再次以只读模式打开该文件，读取刚才写入的数据，并把结果输出到终端，最后关闭该文件。