该篇文章主要分析文件的打开和读取操作。
os 包的目录结构
os 包主要是为 go 语言的使用者提供平台无关的一致性接口。
os 中存在着大量以下的文件结构：
os/
file.go
file_plan9.go
file_posix.go
file_unix.go
file_windows.go
它们即是为屏蔽不同平台的差异而存在的。
File 结构体
本文中，我们将以 unix 环境为例，来看一下文件操作的相关实现。
首先，我们来看一下 File 结构体。
os/file_unix.go
type File struct {
*file
}
type file struct {
fd int
name string
dirinfo *dirInfo // nil unless directory being read
}
File 结构体只是一个空壳，它里面包含了一个真正代表文件信息的 file 结构体。file 才是文件结构体的真身。
奇怪，此处为何要多此一举呢？
官方解释说这是为了避免使用者将 File 的数据覆盖，导致垃圾回收时关闭错误的文件描述符。原来，虽然 fd 是私有的成员，但是还是有可能通过 unsafe 等方式被修改。
这个结构体的内容很简单，其中 fd 是文件描述符，name 是文件的名字，dirinfo 只有在操作目录时才会用来，我们暂不关心。
创建 File
我们再来通过创建 File 的函数，更加深入地理解一下这几个字段。
os/file_unix.go
func NewFile(fd uintptr, name string) *File {
fdi := int(fd)
if fdi < 0 {
return nil
}
f := &File{&file{fd: fdi, name: name}}
runtime.SetFinalizer(f.file, (*file).close)
return f
}
NewFile() 函数实例化一个 File 结构体，它接受两个参数：文件描述符和文件名。
这个函数很简单，它使用传入的参数创建一个 File 对象，并设置在垃圾回收时关掉文件该文件。当然，这是一个较低层的函数，它在 OpenFile() 是这样被使用的。
os/file_unix.go
func OpenFile(name string, flag int, perm FileMode) (*File, error) {
// ...
var r int
var e error
r, e = syscall.Open(name, flag|syscall.O_CLOEXEC, syscallMode(perm))
// ...
return NewFile(uintptr(r), name), nil
}
我们还是使用了之前的 trick，将我们不关心的代码省略了。此处我们看到，NewFile() 实际的作用只是创建一个结构体，打开文件之类的操作需要在创建结构体前完成。
打开文件函数
实际上我们刚才省略部分内容的 OpenFile() 函数，就是我们要关心打开文件里最重要的一个函数了。
虽然我们省略了部分内容，但是请不要担心，这些内容对我们的理解不会有太大的帮助。
我们看到，go 语言里操作函数是非常原始的，它只是对原生的系统调用稍加封装，并替换了错误处理的方式而已。
文章的最开始有一个文件名的模式，到此为止我们看的都是 os/file_unix.go 下的部分代码。实际上，平台无关性是通过 os/file.go 来实现的。
os/file.go 里提供了两个与打开文件有关的函数。
func Open(name string) (*File, error) {
return OpenFile(name, O_RDONLY, 0)
}
func Create(name string) (*File, error) {
return OpenFile(name, O_RDWR|O_CREATE|O_TRUNC, 0666)
}
是的，每个函数的函数体只有一行，它们是对 OpenFile() 函数的简单封装，或者说，只是一个简单的 wrapper，为我们提供更方便使用的快捷函数而已。
读取文件
os/file.go 中为我们提供了两个读取文件的函数。我们先来看第一个，从默认偏移处读取文件内容。
func (f *File) Read(b []byte) (n int, err error) {
if f == nil {
return 0, ErrInvalid
}
n, e := f.read(b)
if n == 0 && len(b) > 0 && e == nil { // 文件正常读完
return 0, io.EOF
}
if e != nil { // 读取出错
err = &PathError{"read", f.name, e}
}
return n, err
}
除了里面给出的两条注释，已经没有什么可写了。其中的 f.read() 几乎等价于直接执行系统的 read() 调用。几乎，意思是它还为我们屏蔽了不同平台间的差异。
这里有一点很值得我们学习，那就是对错误的处理。系统抛过来的错误是错误描述，而此函数，或者说此模块为错误信息加上了文件和具体操作的信息，这就让追踪错误变得更方便。有兴趣可以读一下 PathError，代码不多。
你应该还记得 read() 调用是如何工作的，操作系统维护一个文件偏移，读取一段内容后，偏移将自动调整。下次又会从新的偏移开始读取。
我们再来看第二个函数。
func (f *File) ReadAt(b []byte, off int64) (n int, err error) {
if f == nil {
return 0, ErrInvalid
}
for len(b) > 0 {
m, e := f.pread(b, off)
if m == 0 && e == nil {
return n, io.EOF
}
if e != nil {
err = &PathError{"read", f.name, e}
break
}
n += m
b = b[m:]
off += int64(m)
}
return
}
奇怪，一个简单的读操作怎么还有 for 循环？
答案在 pread() 的实现里，我们来看一下。
os/file_unix.go
func (f *File) pread(b []byte, off int64) (n int, err error) {
if needsMaxRW && len(b) > maxRW {
b = b[:maxRW]
}
return fixCount(syscall.Pread(f.fd, b, off))
}
由于平台的特殊性，Darwin 和 FreeBSD 不能一次读写超过 2G 的文件内容，ReadAt() 在试图尽可能多地获取内容。
一个简单的读取文件 demo
package main
import (
"log"
"os"
)
func main() {
file, err := os.Open("/tmp/hello.txt")
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
defer file.Close()
content := make([]byte, 100)
n, err := file.Read(content)
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
println(string(content[:n]))
}
归纳总结
这里我们把 file 暴露的与打开文件和读取文件有关的接口梳理如下。
打开文件：
func OpenFile(name string, flag int, perm FileMode) (*File, error)
func Open(name string) (*File, error)
func Create(name string) (*File, error)
读取文件：
func (f *File) Read(b []byte) (n int, err error)
func (f *File) ReadAt(b []byte, off int64) (n int, err error)
下一篇，我们再来看一下写文件、关闭文件等剩下的文件操作。
