【APUE】文件 I/O 操作

一. 文件打开关闭操作相关函数介绍

1. open 函数

(1) open 函数简介

open 函数解析 : 

-- 函数定义 : 

#include <fcntl.h>

     int
     open(const char *path, int oflag, ...);

-- 函数作用 : 打开或者创建一个文件;

-- 返回值 : 打开文件成功, 返回文件描述符; 如果失败, 返回 -1; 返回的文件描述符是最小的未用描述符值

(2) open 函数参数简介

参数解析 : 

-- const char *path : 要打开或者创建的文件名;

-- int oflag : 函数选项, 可以是多个常量进行 "或" 运算;

-- 第三参数 : 对于打开文件来说是用不到第三参数的, 如果需要创建文件, 则需要指定第三参数;

int oflag 参数必选常量解析 : 下面的三个常量必须只能且只能指定一个;

-- O_RDONLY : 打开的文件只能读取, 没有写权限;

-- O_WRONLY : 打开的文件只能写入, 没有读权限;

-- O_RDWR : 打开的文件既能读取, 也能写入, 有双权限;

int oflag 参数可选常量解析 : 

-- O_APPEND : 每次写入都追加到文件末尾;

-- O_CREATE : 如果文件不存在, 就创建, 如果有这个参数, 就需要使用第三个参数来指定创建文件时的参数;

-- O_EXCL : 指定该参数, 同时指定 O_CREATE, 文件如果存在就会报错;

-- O_TRUNC : 如果文件存在, 并且有写权限的前提下, 打开时会将其内容清空, 从新写入;

-- O_NOCTTY : 如果第一个参数文件路径指向一个终端设备, 不能将该设备作为进程的控制终端;

-- O_NONBLOCK : 如果文件路径指向一个 FIFO, 特殊文件块, 字符特殊文件, 同时指定该选项, 文件的IO操作设置为非阻塞模式;

int oflag 同步参数可选常量解析 : 

-- O_DSYNC : 每次 write 操作之前等待 IO 完成, 如果写操作不影响读取刚写入的数据, 则不等待文件属性被更新;

-- O_RSYNC : 读操作时等待, 直到所有的写操作都完成;

-- O_SYNC : 每次写都要等待物理 IO 操作完成, 包括 write 引起的文件属性更新; 即 数据和属性同步更新;

2. create 函数

(1) create 函数简介

create 函数简介 : 

-- 函数定义 : 

#include <fcntl.h>

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

-- 返回值 : 返回只写打开的文件描述符, 出错返回 -1;

-- 等效函数 : open(path_name, O_WRONLY | O_CREATE | O_TRUNC, mode);

-- mode_t mode 参数 : 指定文件的所有者;

(2) create 函数局限性

create 局限性 : 

-- 只写 : create 函数只能以只写方式打开创建的文件;

-- 读取新文件方法 : 先 create 创建只写文件, 再调用 close 函数, 再调用 open 方法打开文件读取文件;

-- 创建只读文件 : open(path_name, O_RDWR | O_CREATE | O_TRUNC, mode);

3. close 函数

函数简介 : 

-- 函数定义 : 

#include <unistd.h>

     int
     close(int fildes);

--

作用 : 关闭文件, 并释放

进程 加在该文件上得所有

记录锁;

-- 关于进程 : 进程终止时, 内核会自动关闭该进程中打开的所有文件, 很多情况下都会使用关闭进程隐式关闭文件;

二. 文件偏移操作相关函数介绍

1. lseek 函数

(1) lseek 函数简介

lseek 函数简介 : 

-- 函数定义 : 

#include <unistd.h>

     off_t
     lseek(int fildes, off_t offset, int whence);

-- 作用 : 显式的为一个打开的文件设置偏移量;

-- 返回值 : 如果设置偏移量成功, 返回新的偏移量;

(2) 文件偏移量简介

文件偏移量 :  

--

当前文件偏移量 : 每个打开的文件都有一个当前文件偏移量, 非负整数, 从开始处计算的字节数; 读写操作都是从当前文件偏移处开始, 读写会使当前文件偏移量增加 读写的字节数;

-- 默认偏移量 : 打开一个文件时默认 当前文件偏移量 是0, 除非指定 O_APPEND 选项;

-- 偏移量的值 : 普通文件偏移量必须是非负整数; 对于某些设备文件允许存在负数偏移量, 因此判断是否可 lseek 时, 要判断返回的文件偏移量是否 == -1;

(3) int where 参数简介

where 参数简介 : 

-- SEEK_SET : 将文件偏移量设置为 0 + offset;

-- SEEK_CUR : 将文件偏移量设置为 当前位移 + offset;

-- SEEK_END : 将文件偏移量设置为 文件长度 + offset;

(4) lseek 源码示例

源码示例 : 

/*************************************************************************
    > File Name: fun_lseek.c
    > Author: octopus
    > Mail: octopus_truth.163.com 
    > Created Time: 三  7/22 07:46:59 2015
 ************************************************************************/

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

int main(int argc, char * argv[])
{
    /*
     * 设置标准输入文件的 "当前文件偏移量", 
     * 设置为当前的位置 + 0;
     */
    if(lseek(STDIN_FILENO, 0, SEEK_CUR) == -1)
        printf("lseek 结果 -1, 该文件不能lseek\n");
    else
        printf("该文件可以执行 lseek 方法\n");
    exit(0);
}

编译执行 : 

localhost:file octopus$ gcc fun_lseek.c 
localhost:file octopus$ ./a.out 
该文件可以执行 lseek 方法

(5) 文件空洞

文件空洞形成 : 

-- 文件偏移量作用 : 文件偏移量是记录在内核中, 不引起 IO 操作, 这个偏移量主要用于执行下一次的 IO 操作;

-- 空洞形成 : 如果文件偏移量大于当前文件长度, 下一次写操作会直接加长文件, 并在中间形成一个 "文件空洞";

-- 磁盘占用情况 : 文件空洞是不占用磁盘存储区的, 写入数据超出文件长度时, 新写入的数据会重新分配磁盘块, 之间的一段文件空洞不会占用磁盘空间;

三. 文件读写操作相关函数介绍

1. read 函数

函数简介 : 

-- 函数内容 : 

#include <sys/types.h>
     #include <sys/uio.h>
     #include <unistd.h>
     
     ssize_t
     read(int fildes, void *buf, size_t nbyte);

--

作用 : 从 fildes 代表的文件中, 读取 nbyte 个函数到 buf 缓冲区中, 读取到得字节数可能少于 nbyte;

-- 返回值 : 如果 read 操作成功, 返回读取到得字节数, 如果失败, 返回 -1;

2. write 函数

函数简介 : 

-- 函数内容 : 

#include <unistd.h>
     ssize_t
     write(int fildes, const void *buf, size_t nbyte);

-- 函数作用 : 将 buf 字符串的前 nbyte 个字节数据写入 files 文件标示符 代表的文件中;

-- 返回值 : 若成功, 返回已写的字节数, 如果失败返回 -1;

3. write read 函数示例

源码示例 : 

-- 源码 : 

/*************************************************************************
    > File Name: fun_read_write.c
    > Author: Han Shuliang
    > Mail: [e-mail]
    > Created Time: 五  7/29 15:00:18 2016
 ************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

#define SIZE 1024

int main(int argc, char * argv[])
{
    int n;
    char buf[SIZE];
    //读取标准输入流中的数据到 buf 字节数组中
    while ((n = read(STDIN_FILENO, buf, SIZE)) > 0)
        //将 buf 字节数组中的数据写出到 标准输出流中
        if(write(STDOUT_FILENO, buf, n)!= n)
            printf("写出内容出错");

    if(n < 0)
        printf("读取过程出错");

    return 0;
}

-- 执行结果 : 

bogon:file octopus$ gcc fun_read_write.c 
bogon:file octopus$ ./a.out 
Han Shuliang
Han Shuliang


CSDN
CSDN


^C
bogon:file octopus$

4. 函数综合示例

/*************************************************************************
    > File Name: fun_read.c
    > Author: octopus
    > Mail: octopus_truth.163.com 
    > Created Time: 一  7/27 07:09:36 2015
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          // ... read() 头文件
#include <sys/uio.h>            // ... read() 头文件
#include <unistd.h>             // ... read() write() 函数头文件
#include <stdarg.h>             // va_list 可变参数操作头文件
#include <string.h>             // strlen strcat 方法的头文件
#include <errno.h>              // errno 的头文件
#include <stdlib.h>             // exit() 方法的头文件
#include <fcntl.h>              // open() 函数的头文件

#define MAXLINE 4096
#define MAXWORD 20

void err_sys(const char *fmt, ...);

int main(int argc, char * argv[])
{
    char *buf = "abcdefg\n";
    char buf_read[MAXWORD];
    int fd;

    int creat_result;
    int write_size;
    int close_result;
    int read_size;

    //创建一个文件, 使用打开方式, 如果文件不存在, 就重创建并打开
    if( ( fd = open("file_read_write.file", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC) ) == -1)
        err_sys("创建文件出错");

    //向文件中写出数据
    if( (write_size = write(fd, buf, strlen(buf))) == -1)
        err_sys("向文件写出数据出错");

    if( (close_result = close(fd)) == -1)
        err_sys("关闭文件出错");

    if( (fd = open("file_read_write.file", O_RDONLY)) == -1)
        err_sys("打开文件出错");

    //从文件中读取文件内容
    if( (read_size = read(fd, buf_read, strlen(buf)) ) == -1)
        err_sys("读取文件出错");

    if( (close_result = close(fd)) == -1)
        err_sys("关闭文件出错");

    printf("文件中得内容 : %s \n", buf_read);
}

static void err_doit(int errnoflag, int error, const char* fmt, va_list ap)
{
    char buf[MAXLINE];

    //将 ap 可变参数使用 fmt 格式, 放置 MAXLINE 个字符到 buf 缓冲中
    vsnprintf(buf, MAXLINE, fmt, ap);
    /*
     * 如果需要错误信息, 根据错误号获取标准错误信息, 将该信息添加到 buf 缓冲中
     * strlen 作用 : 获取字符串长度
     * strerror 作用 : 根据错误号获取错误信息
     */
    if(errnoflag)
        snprintf(buf + strlen(buf), MAXLINE - strlen(buf), ": %s", strerror(errno));
    //在 buf 字符串后添加换行符号
    strcat(buf, "\n");
    //刷新标准输出流
    fflush(stdout);
    //将标准错误输出添加到 buf 缓冲区中
    fputs(buf, stderr);
    //刷新所有缓冲区
    fflush(NULL);
}

void err_sys(const char *fmt, ...)
{
    va_list ap;
    va_start(ap, fmt);
    err_doit(1, errno, fmt, ap);
    va_end(ap);
    exit(0);
}

执行结果 : 

octopus-2:file octopus$ ls
fun_lseek.c   fun_lseek_hole.c  fun_read_write.c
octopus-2:file octopus$ gcc fun_read_write.c 
octopus-2:file octopus$ sudo ./a.out 
Password:
文件中得内容 : abcdefg
 
octopus-2:file octopus$ ls
a.out     file_read_write.file  fun_lseek.c   fun_lseek_hole.c  fun_read_write.c
octopus-2:file octopus$

四. 文件读写原子操作相关函数介绍

1. pread 函数

pread 函数 : 

-- 1. 函数内容 :

#include <unistd.h>
ssize_t pread(int fd, void *buf, size_t count, off_t offset);

-- 2. 函数作用 : 读取文件描述符 fd 对应的文件, 返回读取到的文件字节个数, 读取到文件结尾 返回 0, 出现错误返回 -1;

-- 3. 函数返回值 : 返回读取文件的字节数, 读取到结尾返回 0, 出错返回 -1;

pread 与 read 方法作用 : 

-- 1. 等价执行流程 : pread 方法等价于 先调用 lseek 方法,  再调用 read 方法;

-- 2. 与等价流程的区别 : ① 执行 pread 方法时, 先定位 后 读取 的两个操作, 不能中断; ② 文件指针 不更新;

2. pwrite 函数

pwrite 函数 : 

-- 1. 函数内容 : 

#include <unistd.h>

       ssize_t pwrite(int fd, const void *buf, size_t count, off_t offset);

-- 2. 函数作用 : 写出数据到指定的位置;

-- 3. 函数返回值 : 返回写出的字节数, 出现错误返回 -1;

-- 4. 等价操作 : pwrite 等价于 lseek 和 write 操作;

3. pread 和 pwrite 函数示例

函数示例过程 : 

-- 1. 打开文件, 如果没有就创建;

-- 2. 写出 a ~ z 26个子母;

-- 3. 读取文件 10 ~ 15 个字节;

-- 4. 向第 10 个字节处写出 "00000" 字符串;

函数示例 : 

-- 代码 :