Linux系统编程——系统调用之 I/O 操作（文件操作）

文件描述符

在 Linux 的世界里，一切设备皆文件。我们可以系统调用中 I/O 的函数（I：input，输入；O：output，输出），对文件进行相应的操作（ open()、close()、write() 、read() 等）。

打开现存文件或新建文件时，系统（内核）会返回一个文件描述符，文件描述符用来指定已打开的文件。这个文件描述符相当于这个已打开文件的标号，文件描述符是非负整数，是文件的标识，操作这个文件描述符相当于操作这个描述符所指定的文件。

程序运行起来后（每个进程）都有一张文件描述符的表，标准输入、标准输出、标准错误输出设备文件被打开，对应的文件描述符 0、1、2 记录在表中。程序运行起来后这三个文件描述符是默认打开的。

#define STDIN_FILENO  0

#define STDOUT_FILENO 1

#define STDERR_FILENO 2

在程序运行起来后打开其他文件时，系统会返回文件描述符表中最小可用的文件描述符，并将此文件描述符记录在表中。Linux 中一个进程最多只能打开 NR_OPEN_DEFAULT （即1024）个文件，故当文件不再使用时应及时调用 close() 函数关闭文件。

常用 I/0 函数

需要的头文件：

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

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

功能：

打开文件，如果文件不存在则创建。

参数：

pathname: 文件的路径及文件名。

flags: 打开文件的行为标志，如，以只读方式（O_RDONLY，第一个为字母不是数据）打开，以读写或新建新文件的方式（O_RDWR|O_CREAT）打开。

mode: 这个参数，只有在文件不存在时有效，指新建文件时指定文件的权限

返回值：

成功：成功返回打开的文件描述符

失败：-1

int close(int fd);

功能：

关闭已打开的文件

参数：

fd: 文件描述符，open()的返回值

返回值：

成功：0

失败：-1

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

功能：

把指定数目的数据写到文件（fd）

参数：

fd: 文件描述符

addr: 数据首地址

count: 写入数据的长度（字节），一般情况下，数据有多少，就往文件里写多少，不能多也不能少

返回值：

成功：实际写入数据的字节个数

失败：-1

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

功能：

把指定数目的数据读到内存（缓冲区）

参数：

fd: 文件描述符

addr: 内存首地址

count: 读取的字节个数

返回值：

成功：实际读取到的字节个数

失败：-1

实战示例

接下来，我们使用以上 4 个系统调用 I/O 函数写一个程序，能实现像系统命令 cp 的功能：

使用 open() 打开源文件，使用 read() 从文件读数据，使用 write() 向目的文件写数据，示例代码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  if((argc == 3) && (strcmp(argv[1], argv[2]) != 0))
  {// 保证有 3 个参数，而且源文件和目的文件名字不能一样
  
    int fd_src, fd_dest, ret;
    
    //只读方式打开源文件
    fd_src = open(argv[1], O_RDONLY); 
    if(fd_src < 0)
    {
      perror("open argv[1]");
      return -1;
    }
    
    // 新建目的文件
    fd_dest = open(argv[2], O_WRONLY|O_CREAT, 0755);
    if(fd_dest < 0)
    {
      close(fd_src);
      perror("open argv[2]");
      return -1;
    }
    
    do
    {
      char buf[1024] = {0};
      // 从源文件读取数据
      ret = read(fd_src, buf, sizeof(buf));
      
      // 把数据写到目的文件，注意最后一个参数，有多少写多少
      write(fd_dest, buf, ret);
    }while(ret > 0);
    
    // 关闭已打开的文件
    close(fd_src);
    close(fd_dest);
  }
  
  return 0;
}

运行结果如下：