Linux系统编程之文件操作

概述

在Linux系统中，文件操作是一项基本而又重要的任务，主要依赖于系统调用。系统调用是操作系统提供的底层接口，允许用户程序直接与内核进行通信。常用的文件操作包括：打开文件、关闭文件、读取文件、写入文件、文件定位等。下面，我们分别进行介绍。

打开文件

open函数用于打开或创建文件，并设置相应的访问模式和权限。其函数原型如下。

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

pathname：文件路径，可以是绝对路径或相对路径。
flags：打开文件的模式，常见的标志位如下。
（1）O_RDONLY：只读模式。
（2）O_WRONLY：只写模式。
（3）O_RDWR：读写模式。
（4）O_CREAT：如果文件不存在，则创建文件。
（5）O_EXCL：与O_CREAT一起使用，如果文件已存在，则调用失败。
（6）O_TRUNC：如果文件已存在且为常规文件，则将其长度截断为0。
（7）O_APPEND：每次写入时，文件指针都会移动到文件末尾。
mode：文件权限，仅在创建新文件时使用。权限可以用八进制表示，常见的权限值包括：
（1）0644：所有者可读写，其他用户只读。
（2）0755：所有者可读写执行，其他用户可读执行。
返回值：成功时，返回一个非负整数，称为文件描述符，用于后续的文件操作。失败时，返回-1，并设置errno为适当的错误码。常见的错误码如下。
（1）EACCES：权限不足。
（2）EEXIST：文件已存在（当使用O_CREAT和O_EXCL 标志时）。
（3）ENOENT：文件或路径不存在。
（4）ENOMEM：内存不足。
（5）ENFILE：系统文件表已满。
（6）EMFILE：进程已达到文件描述符限制。

关闭文件

close函数用于关闭之前打开的文件，并释放系统资源。其函数原型如下。

int close(int fd);

fd：要关闭的文件描述符，通常为调用open或其他文件打开函数时返回的非负整数。
返回值：成功时，返回0。失败时，返回-1。
注意：打开的文件应及时关闭，以释放系统资源。忘记关闭文件可能会导致文件描述符耗尽，影响程序的性能和稳定性。

读取文件

read函数用于从文件描述符中读取数据，其函数原型如下。

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

fd：要读取的文件描述符。
buf：存放读取数据的缓冲区。
count：要读取的最大字节数。
返回值：成功时，返回实际读取的字节数。如果读取到文件末尾，返回0。失败时，返回-1，并设置errno为适当的错误码。常见的错误码如下。
（1）EBADF：文件描述符无效。
（2）EINTR：系统调用被信号中断。
（3）EIO：发生I/O错误。
（4）EFAULT：缓冲区地址无效。

写入文件

write函数用于将数据写入文件描述符，其函数原型如下。

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

fd：要写入的文件描述符。
buf：指向要写入的数据缓冲区的指针。
count：要写入的字节数。
返回值：成功时，返回实际写入的字节数。失败时，返回-1，并设置errno为适当的错误码。常见的错误码如下。
（1）EBADF：文件描述符无效。
（2）EINTR：系统调用被信号中断。
（3）EIO：发生I/O错误。
（4）EFAULT：缓冲区地址无效。
（5）ENOSPC：磁盘空间不足。

文件定位

lseek函数用于移动文件指针到指定位置，移动后，可从该位置继续读写文件。其函数原型如下。

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

fd：要操作的文件描述符。
offset：相对于whence的偏移量。
whence：移动方式，常见的取值如下。
（1）SEEK_SET：从文件开头开始计算偏移量。
（2）SEEK_CUR：从当前文件指针位置开始计算偏移量。
（3）SEEK_END：从文件末尾开始计算偏移量。
返回值：成功时，返回新的文件指针位置，以字节为单位。失败时，返回-1，并设置errno为适当的错误码。常见的错误码如下。
（1）EBADF：文件描述符无效。
（2）EINVAL：无效的whence值。
（3）ESPIPE：文件描述符不支持定位操作。

实战代码

下面的实战代码展示了如何进行文件的基本操作，包括上面介绍的打开文件、关闭文件、读取文件、写入文件和文件定位。
首先，我们使用open函数以读写模式打开或创建文件hope_wisdom.txt。如果文件不存在，则创建，并设置文件权限为0644。如果打开文件失败，则使用perror输出错误信息并退出程序。
接下来，使用write函数将字符串写入文件，写入的字节数为字符串的长度。如果写入失败，使用perror输出错误信息并关闭文件后退出程序。成功写入后，输出写入的字节数。
然后，使用lseek函数将文件指针移动到文件开头。成功移动后，输出文件指针已移动到文件开头的信息。
紧接着，定义一个缓冲区buffer，并清空缓冲区。使用read函数从文件中读取数据到缓冲区，最多读取缓冲区大小 - 1个字节。成功读取后，输出读取的字节数和读取的内容。
最后，我们使用close函数关闭文件描述符。成功关闭文件后，输出文件已关闭的信息。

#include <iostream>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>

using namespace std;

int main()
{
    // 打开文件，读写模式，如果文件不存在则创建
    int fd = open("hope_wisdom.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0644);
    if (fd == -1)
    {
        perror("open");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    cout << "File opened: " << fd << endl;

    // 写入文件内容
    const char *pszContent = "Hello, World!\n";
    ssize_t bytes_written = write(fd, pszContent, strlen(pszContent));
    if (bytes_written == -1)
    {
        perror("write");
        close(fd);
        return EXIT_FAILURE;
    }

    cout << "Write " << bytes_written << " bytes to file" << endl;

    // 移动文件指针到文件开头
    off_t offset = lseek(fd, 0, SEEK_SET);
    if (offset == -1)
    {
        perror("lseek");
        close(fd);
        return EXIT_FAILURE;
    }

    cout << "File pointer moved to the beginning" << endl;

    // 读取文件内容
    char buffer[1024];
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (bytes_read == -1)
    {
        perror("read");
        close(fd);
        return EXIT_FAILURE;
    }

    cout << "Read " << bytes_read << " bytes from file: " << buffer << endl;

    // 关闭文件
    if (close(fd) == -1)
    {
        perror("close");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    cout << "File closed" << endl;
    return 0;
}

Linux系统编程之文件操作