Linux应用开发2 标准C库和文件操作（linux下一切皆文件）

        这一章是标准IO库的打开、关闭、读写函数，以及对文件的一系列操作函数

        耐心看完，配合例子快速入门

        之所以要学文件操作，因为linux下一切皆文件，比如你编写的驱动文件也就是dev目录下的各个文件而已，所以对文件的操作函数要学！

        标准 I/O 库则是标准 C 库中用于文件 I/O 操作（譬如读文件、写文件等）相关的一系列库函数的集合，头文件<stdio.h>

FILE 指针 ，应用于标准IO库中的文件描述符

打开文件 fopen()

#include <stdio.h>

FILE *fopen(const char *path, const char *mode);

path：参数 path 指向文件路径，可以是绝对路径、也可以是相对路径。

mode：参数 mode 指定了对该文件的读写权限，是一个字符串，稍后介绍。

返回值：调用成功返回一个指向 FILE 类型对象的指针（FILE *），该指针与打开或创建的文件相关联，

后续的标准 I/O 操作将围绕 FILE 指针进行。如果失败则返回 NULL，并设置 errno 以指示错误原因。

删除文件unlink()函数

前面给大家介绍 link 函数，用于创建一个硬链接文件，创建硬链接时，inode 节点上的链接数就会增加；unlink()的作用与 link()相反，unlink()系统调用用于移除/删除一个硬链接（从其父级目录下删除该目录条目）。

#include <unistd.h>

int unlink(const char *pathname);

pathname：需要删除的文件路径，可使用相对路径、也可使用绝对路径，如果 pathname 参数指定的文件不存在，则调用 unlink()失败。

返回值：成功返回 0；失败将返回-1，并设置 errno。

删除文件remove() 函数（用于移除一个文件或空目录）

与 unlink()、rmdir()一样，remove()不对软链接进行解引用操作，若 pathname 参数指定的是一个软链接文件，则 remove()会删除链接文件本身、而非所指向的文件。

pathname 参数指定的是一个非目录文件，那么 remove()去调用 unlink()，如果 pathname 参数指定的是一个目录，那么 remove()去调用 rmdir()。（这是个boss）

#include <stdio.h>

int remove(const char *pathname);

pathname：需要删除的文件或目录路径，可以是相对路径、也可是决定路径。

返回值：成功返回 0；失败将返回-1，并设置 errno。

文件重命名rename()函数

rename()既可以对文件进行重命名，又可以将文件移至同一文件系统中的另一个目录下

#include <stdio.h>

int rename(const char *oldpath, const char *newpath);

oldpath：原文件路径。

newpath：新文件路径。

返回值：成功返回 0；失败将返回-1，并设置 errno。

调用 rename()会将现有的一个路径名 oldpath 重命名为 newpath 参数所指定的路径名。rename()调用仅操作目录条目，而不移动文件数据（不改变文件 inode 编号、不移动文件数据块中存储的内容），重命名既不影响指向该文件的其它硬链接，也不影响已经打开该文件的进程（譬如，在重命名之前该文件已被其它进程打开了，而且还未被关闭）。

根据 oldpath、newpath 的不同，有以下不同的情况需要进行说明：

⚫ 若 newpath 参数指定的文件或目录已经存在，则将其覆盖；

⚫ 若 newpath 和 oldpath 指向同一个文件，则不发生变化（且调用成功）。

⚫ rename()系统调用对其两个参数中的软链接均不进行解引用。如果 oldpath 是一个软链接，那么将重命名该软链接；如果 newpath 是一个软链接，则会将其移除、被覆盖。

⚫ 如果 oldpath 指代文件，而非目录，那么就不能将 newpath 指定为一个目录的路径名。要想重命名一个文件到某一个目录下，newpath 必须包含新的文件名。

⚫ 如果 oldpath 指代为一个目录，在这种情况下，newpath 要么不存在，要么必须指定为一个空目录。

⚫ oldpath 和 newpath 所指代的文件必须位于同一文件系统。由前面的介绍，可以得出此结论！

⚫ 不能对.（当前目录）和..（上一级目录）进行重命名。

//可以重命名，可以用来移动位置
ret = rename("./test_file", "./new_file");

新建文件的权限

虽然调用 fopen()函数新建文件时无法手动指定文件的权限，但却有一个默认值：

S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH (0666)

fclose()关闭文件

#include <stdio.h>

int fclose(FILE *stream);

读文件和写文件

用 fread()和 fwrite()库函数对文件进行读、写操作

#include <stdio.h>

size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

ptr：fread()将读取到的数据存放在参数 ptr 指向的缓冲区中；

size：fread()从文件读取 nmemb 个数据项，每一个数据项的大小为 size 个字节，所以总共读取的数据大小为 nmemb * size 个字节。

nmemb：参数 nmemb 指定了读取数据项的个数。

stream：FILE 指针。

返回值：调用成功时返回读取到的数据项的数目（数据项数目并不等于实际读取的字节数，除非参数 size 等于 1）；如果发生错误或到达文件末尾，则 fread()返回的值将小于参数 nmemb，那么到底发生了错误还是到达了文件末尾，fread()不能区分文件结尾和错误，究竟是哪一种情况，此时可以使用 ferror()或 feof() 函数来判断，具体参考 4.7 小节内容的介绍。

size_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);

ptr：将参数 ptr 指向的缓冲区中的数据写入到文件中。

size：参数 size 指定了每个数据项的字节大小，与 fread()函数的 size 参数意义相同。

nmemb：参数 nmemb 指定了写入的数据项个数，与 fread()函数的 nmemb 参数意义相同。

stream：FILE 指针。

返回值：调用成功时返回写入的数据项的数目（数据项数目并不等于实际写入的字节数，除非参数 size等于 1）；如果发生错误，则 fwrite()返回的值将小于参数 nmemb（或者等于0）

 /* 打开文件 */
 if (NULL == (fp = fopen("./test_file", "w"))) {
 perror("fopen error");
 exit(-1);
 }
 /* 写入数据 */
 if (sizeof(buf) >
 fwrite(buf, 1, sizeof(buf), fp)) {
 printf("fwrite error\n");
 fclose(fp);
 exit(-1);
 }

fseek 定位（设置文件读写位置偏移量）

lseek() 用于文件 I/O，而库函数 fseek()则用于标准 I/O

#include <stdio.h>

int fseek(FILE *stream, long offset, int whence);

stream：FILE 指针。

offset：与 lseek()函数的 offset 参数意义相同。

whence：与 lseek()函数的 whence 参数意义相同。

返回值：成功返回 0；发生错误将返回-1，并且会设置 errno 以指示错误原因；与 lseek()函数的返回值意义不同，

        这里要注意！ 调用库函数 fread()、fwrite()读写文件时，文件的读写位置偏移量会自动递增，使用 fseek()可手动设置文件当前的读写位置偏移量。

ftell()函数（获取文件当前的读写位置偏移量）

#include <stdio.h>

long ftell(FILE *stream);

参数 stream 指向对应的文件，函数调用成功将返回当前读写位置偏移量；调用失败将返回-1，并会设置 errno 以指示错误原因。

通过 fseek()和 ftell()来计算出文件的大小

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
 FILE *fp = NULL;
 int ret;
 /* 打开文件 */
 if (NULL == (fp = fopen("./testApp.c", "r"))) {
 perror("fopen error");
 exit(-1);
 }
 printf("文件打开成功!\n");
 /* 将读写位置移动到文件末尾 */
 if (0 > fseek(fp, 0, SEEK_END)) {
 perror("fseek error");
 fclose(fp);
 exit(-1);
 }
 /* 获取当前位置偏移量 */
 if (0 > (ret = ftell(fp))) {
 perror("ftell error");
 fclose(fp);
 exit(-1);
 }
 printf("文件大小: %d 个字节\n", ret);
 /* 关闭文件 */
 fclose(fp);
 exit(0);
}

检查或复位状态

        调用 fread()读取数据时，如果返回值小于参数 nmemb 所指定的值，表示发生了错误或者已经到了文件末尾（文件结束 end-of-file），但 fread()无法具体确定是哪一种情况；在这种情况下，可以通过判断错误标志或 end-of-file 标志来确定具体的情况。

feof()函数

        库函数 feof()用于测试参数 stream 所指文件的 end-of-file 标志，如果 end-of-file 标志被设置了，则调用 feof()函数将返回一个非零值，如果 end-of-file 标志没有被设置，则返回 0。当文件的读写位置移动到了文件末尾时，end-of-file 标志将会被设置。

#include <stdio.h>

int feof(FILE *stream);

ferror()函数

        库函数 ferror()用于测试参数 stream 所指文件的错误标志，如果错误标志被设置了，则调用 ferror()函数将返回一个非零值，如果错误标志没有被设置，则返回 0。当对文件的 I/O 操作发生错误时，错误标志将会被设置。

#include <stdio.h>

int ferror(FILE *stream);

clearerr()函数

        库函数 clearerr()用于清除 end-of-file 标志和错误标志，当调用 feof()或 ferror()校验这些标志后，通常需要清除这些标志，避免下次校验时使用到的是上一次设置的值，此时可以手动调用 clearerr()函数清除标志。

        此函数没有返回值，调用将总是会成功！

        对于 end-of-file 标志，除了使用 clearerr()显式清除之外，当调用 fseek()成功时也会清除文件的 end-of-file 标志。

#include <stdio.h>

void clearerr(FILE *stream);

格式化 I/O：  就是Java的输入输出函数

输出 printf（）

        C 库函数提供了 5 个格式化输出函数，包括：printf()、fprintf()、dprintf()、sprintf()、snprintf()，其函数定义如下所示：

1)printf()函数用于将格式化数据写入到标准输出；

2)dprintf()和 fprintf()函数用于将格式化数据写入到指定的文件中，两者不同之处在于，fprintf()使用 FILE 指针指定对应的文件、而 dprintf()则使用文件描述符 fd 指定对应的文件；

3)sprintf()、snprintf()函数可将格式化的数据存储在用户指定的缓冲区 buf 中。

#include <stdio.h>

int printf(const char *format, ...);

int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

int dprintf(int fd, const char *format, ...);

int sprintf(char *buf, const char *format, ...);

int snprintf(char *buf, size_t size, const char *format, ...);

        有一个共同的参数 format，这是一个字符串，称为格式控制字符串，用于指定后续的参数如何进行格式转换，所以才把这些函数称为格式化输出

 

输入scanf（）

        C 库函数提供了 3 个格式化输入函数，包括：scanf()、fscanf()、sscanf()

1）scanf()函数可将用户输入（标准输入）的数据进行格式化转换；

2）fscanf()函数从 FILE 指针指定文件中读取数据，并将数据进行格式化转换；

3）sscanf()函数从参数 str 所指向的字符串中读取数据，并将数据进行格式化转换。

#include <stdio.h>

int scanf(const char *format, ...);

int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);

int sscanf(const char *str, const char *format, ...);

标准 I/O 的 stdio 缓冲

setvbuf()函数

        调用 setvbuf()库函数可以对文件的 stdio 缓冲区进行设置，譬如缓冲区的缓冲模式、缓冲区的大小、起始地址等。

        

#include <stdio.h>

int setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size);

stream：FILE 指针，用于指定对应的文件，每一个文件都可以设置它对应的 stdio 缓冲区。

buf：如果参数 buf 不为 NULL，那么 buf 指向 size 大小的内存区域将作为该文件的 stdio 缓冲区，因为stdio 库会使用 buf 指向的缓冲区，所以应该以动态（分配在堆内存，譬如 malloc，在 7.6 小节介绍）或静态的方式在堆中为该缓冲区分配一块空间，而不是分配在栈上的函数内的自动变量（局部变量）。如果 buf 等于 NULL，那么 stdio 库会自动分配一块空间作为该文件的 stdio 缓冲区（除非参数 mode 配置为非缓冲模式）。

mode：参数 mode 用于指定缓冲区的缓冲类型，可取值如下：

⚫ _IONBF：不对 I/O 进行缓冲（无缓冲）。意味着每个标准 I/O 函数将立即调用 write()或者 read()，并且忽略 buf 和 size 参数，可以分别指定两个参数为 NULL 和 0。标准错误 stderr 默认属于这一种类型，从而保证错误信息能够立即输出。

⚫ _IOLBF：采用行缓冲 I/O。在这种情况下，当在输入或输出中遇到换行符"\n"时，标准 I/O 才会执行文件 I/O 操作。对于输出流，在输出一个换行符前将数据缓存（除非缓冲区已经被填满），当输出换行符时，再将这一行数据通过文件 I/O write()函数刷入到内核缓冲区中；对于输入流，每次读取一行数据。对于终端设备默认采用的就是行缓冲模式，譬如标准输入和标准输出。

⚫ _IOFBF：采用全缓冲 I/O。在这种情况下，在填满 stdio 缓冲区后才进行文件 I/O 操作（read、write）。对于输出流，当 fwrite 写入文件的数据填满缓冲区时，才调用 write()将 stdio 缓冲区中的数据刷入内核缓冲区；对于输入流，每次读取 stdio 缓冲区大小个字节数据。默认普通磁盘上的常规文件默认常用这种缓冲模式。

size：指定缓冲区的大小。

返回值：成功返回 0，失败将返回一个非 0 值，并且会设置 errno 来指示错误原因。需要注意的是，当 stdio 缓冲区中的数据被刷入到内核缓冲区或被读取之后，这些数据就不会存在于缓冲区中了，数据被刷入了内核缓冲区或被读走了。

setbuf()函数

setbuf()函数构建与 setvbuf()之上，执行类似的任务

#include <stdio.h>

void setbuf(FILE *stream, char *buf);

setbuffer()函数

setbuffer()函数类似于 setbuf()，但允许调用者指定 buf 缓冲区的大小

#include <stdio.h>

void setbuffer(FILE *stream, char *buf, size_t size);

文件属性与目录

Linux下文件类型

1 普通文件可以分为两大类：文本文件和二进制文件。

2 目录文件（文件夹）

3 字符设备文件和块设备文件

字符设备文件一般存放在 Linux 系统/dev/目录下，所以/dev 也称为虚拟文件系统 devfs。

符号链接文件link ：指向

管道文件pipe : 进程通讯

套接字文件socket ：网络通讯

stat 函数（man 2 stat）信息存入struct stat结构体

stat 函数是 Linux 中的系统调用，用于获取文件相关的信息

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <unistd.h>

int stat(const char *pathname, struct stat *buf);

pathname：用于指定一个需要查看属性的文件路径。

buf：struct stat 类型指针，用于指向一个 struct stat 结构体变量。调用 stat 函数的时候需要传入一个 struct stat 变量的指针，获取到的文件属性信息就记录在 struct stat 结构体中，稍后给大家介绍 struct stat 结构体中

有记录了哪些信息。

返回值：成功返回 0；失败返回-1，并设置 error。

struct stat
{
 dev_t st_dev; /* 文件所在设备的 ID */
 ino_t st_ino; /* 文件对应 inode 节点编号 */
 mode_t st_mode; /* 文件对应的模式 */
 nlink_t st_nlink; /* 文件的链接数 */
 uid_t st_uid; /* 文件所有者的用户 ID */
 gid_t st_gid; /* 文件所有者的组 ID */
 dev_t st_rdev; /* 设备号（指针对设备文件） */
 off_t st_size; /* 文件大小（以字节为单位） */
 blksize_t st_blksize; /* 文件内容存储的块大小 */
 blkcnt_t st_blocks; /* 文件内容所占块数 */
 struct timespec st_atim; /* 文件最后被访问的时间 */
 struct timespec st_mtim; /* 文件内容最后被修改的时间 */
 struct timespec st_ctim; /* 文件状态最后被改变的时间 */
};

判断文件类型

其中st_mode变量比较特殊，可以通过st_mode判断文件类型

S_IFSOCK  0140000 socket（套接字文件）

S_IFLNK 0120000 symbolic link（链接文件）

S_IFREG 0100000 regular file（普通文件）

S_IFBLK 0060000 block device（块设备文件）

S_IFDIR 0040000 directory（目录）

S_IFCHR 0020000 character device（字符设备文件）

S_IFIFO 0010000 FIFO（管道文件）

S_ISREG(m) #判断是不是普通文件，如果是返回 true，否则返回 false

S_ISDIR(m) #判断是不是目录，如果是返回 true，否则返回 false

S_ISCHR(m) #判断是不是字符设备文件，如果是返回 true，否则返回 false

S_ISBLK(m) #判断是不是块设备文件，如果是返回 true，否则返回 false

S_ISFIFO(m) #判断是不是管道文件，如果是返回 true，否则返回 false

S_ISLNK(m) #判断是不是链接文件，如果是返回 true，否则返回 false

S_ISSOCK(m) #判断是不是套接字文件，如果是返回 true，否则返回 false

eg 判断文件所有者对该文件是否具有可执行权限 

if (st.st_mode & S_IXUSR) {
//有权限
} else {
//无权限
}

eg 通过 st_mode 变量判断文件类型 or 使用 Linux 系统封装好的宏来进行判断

/* 判断是不是普通文件 */
if ((st.st_mode & S_IFMT) == S_IFREG) {
/* 是 */
}
/* 判断是不是链接文件 */
if ((st.st_mode & S_IFMT) == S_IFLNK) {
/* 是 */
}

/* 判断是不是普通文件 */
if (S_ISREG(st.st_mode)) {
/* 是 */
}
/* 判断是不是目录 */
if (S_ISDIR(st.st_mode)) {
/* 是 */
}

fstat 和 lstat 函数

        前面给大家介绍了 stat 系统调用，起始除了 stat 函数之外，还可以使用 fstat 和 lstat 两个系统调用来获取文件属性信息。fstat、lstat 与 stat 的作用一样，但是参数、细节方面有些许不同。

除此之外还有

文件属主（因为linux是一个多用户系统）

文件的访问权限（chmod 777）

文件的时间属性

符号链接（软连接）与硬连接

目录（文件夹）

        目录在Linux中算是一种特殊的文件形式，因此标准C库中会有打开、创建文件夹、删除文件夹、读取文件夹以及遍历文件夹中的文件等函数

mkdir 函数（创建目录）

#include <sys/stat.h>

#include <sys/types.h>

int mkdir(const char *pathname, mode_t mode)

pathname：需要创建的目录路径。

mode：新建目录的权限设置，设置方式与 open 函数的 mode 参数一样，最终权限为（mode & ~umask）。

返回值：成功返回 0；失败将返回-1，并会设置 errno。 pathname 参数指定的新建目录的路径，该路径名可以是相对路径，也可以是绝对路径，若指定的路径名已经存在，则调用 mkdir()将会失败

rmdir 函数（删除目录）

#include <unistd.h>

int rmdir(const char *pathname);

pathname：需要删除的目录对应的路径名，并且该目录必须是一个空目录，也就是该目录下只有.和..这两个目录项；pathname 指定的路径名不能是软链接文件，即使该链接文件指向了一个空目录。

返回值：成功返回 0；失败将返回-1，并会设置 errno。

opendir函数（打开目录）

opendir()函数用于打开一个目录，并返回指向该目录的句柄，供后续操作使用

#include <sys/types.h>

#include <dirent.h>

DIR *opendir(const char *name);

name：指定需要打开的目录路径名，可以是绝对路径，也可以是相对路径。

返回值：成功将返回指向该目录的句柄，一个 DIR 指针（其实质是一个结构体指针），其作用类似于open函数返回的文件描述符fd，后续对该目录的操作需要使用该DIR指针变量；若调用失败，则返回NULL。

closedir 函数（关闭目录）

closedir()函数用于关闭处于打开状态的目录，同时释放它所使用的资源

#include <sys/types.h>

#include <dirent.h>

int closedir(DIR *dirp);

dirp：目录句柄。

返回值：成功返回 0；失败将返回-1，并设置 errno。

readdir函数（读取目录）

readdir()用于读取目录，获取目录下所有文件的名称以及对应 inode 号。

#include <dirent.h>

struct dirent *readdir(DIR *dirp);

dirp：目录句柄 DIR 指针。

返回值：返回一个指向 struct dirent 结构体的指针，该结构体表示 dirp 指向的目录流中的下一个目录条目。在到达目录流的末尾或发生错误时，它返回 NULL。

rewinddir 函数（方便下次读取从头开始，重置目录流）

rewinddir()是 C 库函数，可将目录流重置为目录起点，以便对 readdir()的下一次调用将从目录列表中的第一个文件开始

#include <sys/types.h>

#include <dirent.h>

void rewinddir(DIR *dirp);

dirp：目录句柄。

返回值：无返回值。

进程的当前工作目录

        Linux 下的每一个进程都有自己的当前工作目录（current working directory），当前工作目录是该进程解析、搜索相对路径名的起点（不是以" / "斜杆开头的绝对路径）。譬如，代码中调用 open 函数打开文件时，传入的文件路径使用相对路径方式进行表示，那么该进程解析这个相对路径名时、会以进程的当前工作目录作为参考目录。

getcwd 函数（获取进程当前的工作目录）

#include <unistd.h>

char *getcwd(char *buf, size_t size);

buf：getcwd()将内含当前工作目录绝对路径的字符串存放在 buf 缓冲区中。

size：缓冲区的大小，分配的缓冲区大小必须要大于字符串长度，否则调用将会失败。

返回值：如果调用成功将返回指向 buf 的指针，失败将返回 NULL，并设置 errno。

ptr = getcwd(buf, sizeof(buf));
printf("Current working directory: %s\n", buf);

chdir()和 fchdir()函数（改变当前工作目录）

        此两函数的区别在于，指定目录的方式不同，chdir()是以路径的方式进行指定，而 fchdir()则是通过文件描述符，文件描述符可调用 open()打开相应的目录时获得。

#include <unistd.h>

int chdir(const char *path);

int fchdir(int fd);

path：将进程的当前工作目录更改为 path 参数指定的目录，可以是绝对路径、也可以是相对路径，指定的目录必须要存在，否则会报错。

fd：将进程的当前工作目录更改为 fd 文件描述符所指定的目录（譬如使用 open 函数打开一个目录）。

返回值：成功均返回 0；失败均返回-1，并设置 errno。