C/C++文件IO操作open(), close(), read(), write()函数详解

函数介绍

open()函数

功能描述：

  用于打开或创建文件，在打开或创建文件时可以指定文件的属性及用户的权限等参数。

头文件依赖：

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

函数原型：

   int open(const char *pathname, int flags, int perms)

参数：

  pathname：被打开的文件名（可包括路径名，如（dev/ttyS0））
  flags:文件打开方式：

• O_RDONLY:以只读方式打开文件
• O_WRONLY:以只写方式打开文件
• O_RDWR:以读写方式打开文件
• O_CREAT:如果改文件不存在，就创建一个新的文件，并用第三个参数为其设置权限
• O_EXCL:如果使用O_CREAT时文件存在，则返回错误消息。这一参数可测试文件是否存在。此时open是原子操作，防止多个进程同时创建同一个文件
• O_NOCTTY:使用本参数时，若文件为终端，那么该终端不会成为调用open()的那个进程的控制终端
• O_TRUNC:若文件已经存在，那么会删除文件中的全部原有数据，并且设置文件大小为0
• O_APPEND:以添加方式打开文件，在打开文件的同时，文件指针指向文件的末尾，即将写入的数据添加到文件的末尾
• O_NONBLOCK: 如果pathname指的是一个FIFO、一个块特殊文件或一个字符特殊文件，则此选择项为此文件的本次打开操作和后续的I/O操作设置非阻塞方式。
• O_SYNC:使每次write都等到物理I/O操作完成。
• O_RSYNC:read 等待所有写入同一区域的写操作完成后再进行

  在open()函数中，falgs参数可以通过“|”组合构成，但前3个标准常量（O_RDONLY，O_WRONLY，和O_RDWR）不能互相组合。
   perms：被打开文件的存取权限，可以用两种方法表示，可以用一组宏定义：S_I(R/W/X)(USR/GRP/OTH),其中R/W/X表示读写执行权限，
   USR/GRP/OTH分别表示文件的所有者/文件所属组/其他用户,如S_IRUUR|S_IWUUR|S_IXUUR,（-rex------）,也可用八进制800表示同样的权限

返回值：

成功：返回文件描述符
失败：返回-1

close()函数

功能描述：

  用于关闭一个被打开的的文件

所需头文件：

   #include <unistd.h>

函数原型:

   int close(int fd)

参数：

   fd文件描述符
###函数返回值：
   0成功，-1出错

read()函数

功能描述：

  从文件读取数据。

所需头文件：

   #include <unistd.h>

函数原型：

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

参数：

• fd： 将要读取数据的文件描述词。
• buf：指缓冲区，即读取的数据会被放到这个缓冲区中去。
• count： 表示调用一次read操作，应该读多少数量的字符。

返回值：

  返回所读取的字节数；0（读到EOF）；-1（出错）。
  以下几种情况会导致读取到的字节数小于 count：

• A. 读取普通文件时，读到文件末尾还不够 count 字节。例如：如果文件只有 30 字节，而我们想读取 100字节，那么实际读到的只有 30 字节，read 函数返回 30 。此时再使用 read 函数作用于这个文件会导致 read 返回 0 。
• B. 从终端设备（terminal device）读取时，一般情况下每次只能读取一行。
• C. 从网络读取时，网络缓存可能导致读取的字节数小于 count字节。
• D. 读取 pipe 或者 FIFO 时，pipe 或 FIFO 里的字节数可能小于 count 。
• E. 从面向记录（record-oriented）的设备读取时，某些面向记录的设备（如磁带）每次最多只能返回一个记录。
• F. 在读取了部分数据时被信号中断。
    读操作始于 cfo 。在成功返回之前，cfo 增加，增量为实际读取到的字节数。

write()函数

功能描述：

  向文件写入数据。

所需头文件：

   #include <unistd.h>

函数原型：

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

返回值：

   写入文件的字节数（成功）；-1（出错）

功能：

   write 函数向 filedes 中写入 count字节数据，数据来源为buf 。返回值一般总是等于 count，否则就是出错了。常见的出错原因是磁盘空间满了或者超过了文件大小限制。
对于普通文件，写操作始于 cfo 。如果打开文件时使用了 O_APPEND，则每次写操作都将数据写入文件末尾。成功写入后，cfo 增加，增量为实际写入的字节数。

lseek()函数

功能描述：

   用于在指定的文件描述符中将将文件指针定位到相应位置。

所需头文件：

   #include <unistd.h>，#include <sys/types.h>

函数原型：

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

参数：

• fd;文件描述符
• offset:偏移量，每一个读写操作所需要移动的距离，单位是字节，可正可负（向前移，向后移）
• whence:
• SEEK_SET:当前位置为文件的开头，新位置为偏移量的大小
• SEEK_CUR:当前位置为指针的位置，新位置为当前位置加上偏移量
• SEEK_END:当前位置为文件的结尾，新位置为文件大小加上偏移量的大小

返回值：

成功：返回当前位移
失败：返回-1

函数实例

   功能是从一个文件（源文件）中读取最后的10K数据复制到另一个文件（目标文件）。实例中原文件以只读方式打开，目标文件以只写方式打开。若目标文件不存在，可以创建并设置权限为644。

#include<stdio.h>      
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>     
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#define BUFFER_SIZE 1024                      //每次读写缓存大小，影响运行效率
#define SRC_FILE_NAME "src_file"              //源文件名
#define DEST_FILE_NAME "dest_file"            //目标文件名
#define OFFSET 10240                          //复制的数据大小
int main()
{
  int src_file,dest_file;
  unsigned char buff[BUFFER_SIZE];
  int real_read_len;
  src_file=open(SRC_FILE_NAME,O_RDONLY);      //以只读方式打开源文件
 
  dest_file=open(DEST_FILE_NAME,O_RDWR|O_CREAT,S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP|S_IROTH);  if(src_file<0||dest_file<0)
  {
    printf("open file error!!!\n");
    exit(1);
  }
  lseek(src_file,-OFFSET,SEEK_END);    //将源文件的读写指针移到最后10K的起始位置
  while((real_read_len=read(src_file,buff,sizeof(buff)))>0)
  {
    write(dest_file,buff,real_read_len);
  }
  close(src_file);
  close(dest_file);
  return 0;
}

现象分析：

运行前如果目录下没有src_file,会出现以下现象：

有了源文件，但源文件小于10K，会把源文件的所有数据复制到目标文件：

如果源文件大于10K，则会把源文件最后的10K复制到目标文件中

linux文件I/O操作

   之前有介绍过关于文件的指针和描述符，这次通过一个练习，熟悉了一下文件的open, close, read, write, sleek, dup等操作，一些主要的注意事项详见代码注释吧。
ps：部分代码写的有些龌龊，也和硬要把几个函数都试到有关，应该可以用更好的方法。fighting~~~

功能

   命令行输入三个参数，将data.dat文件中的内容拷贝到data2.dat中，并搜索data2.dat中hello出现的次数，消息打印重定向到dupfile.dat中。
"file.c"文件内容如下：

//file.c
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char* argv[]) {
  int fd1;
  int fd2;
  int fd3;
  char buffer[100];

  int num;
  int flag = 0;
  int len;
  int offset = 0;
  if (4 != argc) {
    printf("Usage:%s source file,dest file,key word.\n", argv[0]);
    return 1;
  }

  // test function :open(),close(),read(),write()
  //打开文件，如果文件不存在，允许按照参数给定权限创建，这里文件data.dat为已经存在且写入一定内容的。
  if ((fd1 = open(argv[1], O_CREAT | O_RDWR, 0777)) == -1) {
    perror("Can't open the source file.\n");
    return 1;
  }

  if ((fd2 = open(argv[2], O_CREAT | O_RDWR, 0777)) == -1) {
    perror("Can't open the dest file.\n");
    return 1;
  }
  while ((num = read(fd1, buffer, 5)) > 0) {
    buffer[num] = '\0';
    //防止读出乱码影响结果
    if (write(fd2, buffer, num) == -1) {
      perror("Write to file data2.dat failed.\n");
      return 1;
    }
  }
  close(fd1);
  close(fd2);

  // test function: lseek()  dup()
  len = strlen(argv[3]);
  if ((fd2 = open(argv[2], O_RDONLY)) == -1) {
    perror("Can't open the dest file.\n");
    return 1;
  }
  while (1) {
    // SEEK_SET参数表示每次都是直接用offset做偏移值，即在文件头的位置+offset；此外SEEK_CUR表示在当前位置基础上加offset偏移，SEEK_END表示偏移量为文件大小加offset值。
    if (lseek(fd2, offset, SEEK_SET) == -1) {
      perror("Can't move the file pointer.\n");
      return 1;
    }
    if ((num = read(fd2, buffer, len)) < len) {
      //可读到的字符数小于要搜索的字符串长度，可以跳出
      break;
    } else {
      buffer[len] = '\0';
      if (strcmp(buffer, argv[3]) == 0) {
        //找到匹配，计数+1
        flag++;
      }
      //无论是否匹配，offset都应该增加1，否则文件指针一直不变，进入死循环
      offset++;
    }
  }
  //关闭标准输出，并将打开的文件描述符重定向到标准输出
  close(STDOUT_FILENO);
  if ((fd3 = open("dupfile.dat", O_CREAT | O_RDWR, 0777)) == -1) {
    perror("Can't creat the dup file.\n");
    return 1;
  }
  if (dup(fd3) == -1) {
    perror("Can't reserved the std out fd.\n");
    return 1;
  }
  if (flag > 0) {
    // printf打印的内容实际上已经重定向到dupfile.dat中了
    printf("Find the string %s in file %s %d times.\n", argv[3], argv[2], flag);
  }
  close(fd2);
  return 0;
}

   "data.dat"示例文件内容如下：

hellohellohellohellohellohellohellohello

运行结果

patten@patten-PC:~/code/workspace/cppStudy$ 
patten@patten-PC:~/code/workspace/cppStudy$ 
patten@patten-PC:~/code/workspace/cppStudy$ gcc -o file file.c
patten@patten-PC:~/code/workspace/cppStudy$ ./file data.dat data2.dat hello   //带3个参数执行
patten@patten-PC:~/code/workspace/cppStudy$ cat data.dat
hellohellohellohellohellohellohellohello
patten@patten-PC:~/code/workspace/cppStudy$ cat data2.dat //从data.dat中拷贝的内容
hellohellohellohellohellohellohellohello
patten@patten-PC:~/code/workspace/cppStudy$ cat dupfile.dat //打印hello出现7次重定向到dupfile.dat
Find the string hello in file data2.dat 8 times.
patten@patten-PC:~/code/workspace/cppStudy$

致谢
不知名作者的一篇word文档《文件I/O操作open(),close(),read()和write()函数详解》