本文将对UNIX系统的文件I/O的以下几点作出总结:
- 文件描述符
- open()函数
- read()函数
- write()函数
- lseek()函数
- close()函数
术语——不带缓存指的是每个 read和write都调用内核中的一个系统调用。
文件描述符
对于内核而言,所有打开文件都由文件描述符引用。文件描述符是一个非负整数。当打开一个现存文件或创建一个新文件时,内核向进程返回一个文件描述符。当读、写一个文件时,用open或creat返回的文件描述符标识该文件,将其作为参数传送给read或wirte。
按照惯例,UNIX shell使文件描述符0与进程的标准输入相结合,文件描述符1与标准输出相结合,文件描述符2与标准出错输出相结合。这是UNIX shell以及很多应用程序使用的惯例,而与内核无关。尽管如此,如果不遵照这种惯例,那么很多U N I X应用程序就不能工作。
在POSIX.1应用程序中,幻数0、1、2应被代换成符号常数STDIN_FILENO、TDOUT_FILENO和STDERR_FILENO。这些常数都定义在头文件<unistd.h>中。
open函数
调用open函数可以打开或创建一个文件
int open(const char * pathname,int oflag|.....,mode_t mode)
返回:若成功为文件描述符,若出错为-1
于open函数而言,仅当创建新文件时才使用第三个参数,pathname是要打开或创建的文件的名字。oflag参数可用来说明此函数的多个选择项。用下列一个或多个常数进行或运算构成oflag参数(这些常数定义在<fcntl.h >头文件中):
- O_RDONLY 只读打开。
- O_WRONLY 只写打开。
- O_RDWR 读、写打开。
在这三个常数中应当只指定一个。下列常数则是可选择的:
- O_APPEND——每次写时都加到文件的尾端。
- O_CREAT——若此文件不存在则创建它。使用此选择项时,需同时说明第三个参数 mode,用其说明该新文件的存取许可权位。
- O_EXCL——如果同时指定了O_CREAT,而文件已经存在,则出错。这可测试一个文件是否存在,如果不存在则创建此文件成为一个原子操作。
- O_TRUNC——如果此文件存在,而且为只读或只写成功打开,则将其长度截短为0。
- O_NOCTTY——如果pathname指的是终端设备,则不将此设备分配作为此进程的控制终端。
- 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。
read函数
size_t read(int filedes, void* buff, size_t nbytes)
返回:读到的字节数,若已到文件尾为0,若出错为-1
如read成功,则返回读到的字节数。如已到达文件的尾端,则返回0。
write函数
size_t write(int filedes, const void* buff, size_t nbytes)
返回:若成功为已写的字节数,若出错为-1
其返回值通常与参数nbytes的值不同,否则表示出错。write出错的一个常见原因是:磁盘已写满,或者超过了对一个给定进程的文件长度限制。
对于普通文件,写操作从文件的当前位移量处开始。如果在打开该文件时,指定了O_APPEND选择项,则在每次写操作之前,将文件位移量设置在文件的当前结尾处。在一次成功写之后,该文件位移量增加实际写的字节数。
下面是使用read和write,把标准输入赋值给标准输出的简单实现和实验结果
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#define BUFFSIZE 8192
int main(void){
int n;
char buf[BUFFSIZE];
while((n= read(STDIN_FILENO,buf,BUFFSIZE))>0){
if(write(STDOUT_FILENO,buf, n) !=n){
printf("write error");
}
}
if(n<0){
printf("read error");
}
}
结果如下:
/home/l/g/tomotoboy/io >gcc pro_1.c -o pro_1
/home/l/g/tomotoboy/io >pro_1
hehehehehehehehehhehehehe
hehehehehehehehehhehehehe
hehehehehehehehehehehhehee
hehehehehehehehehehehhehee
hehueheiheiheiehuieheiheuih
hehueheiheiheiehuieheiheuih
[Ctrl+d]
/home/l/g/tomotoboy/io >
creat函数
也可以用creat函数创建文件
int creat(const char* pathname, mode_t mode)
返回:若成功为只写打开的文件描述符,若出错为- 1
注意,此函数等效于:
open(pathname,O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC,mode);
close函数
可用close函数关闭一个打开文件:
int close(int filedes)
返回:若成功为0,若出错为-1
lseek函数
每个打开文件都有一个与其相关联的“当前文件位移量”。它是一个非负整数,用以度量从文件开始处计算的字节数。通常,读、写操作都从当前文件位移量处开始,并使位移量增加所读或写的字节数。按系统默认,当打开一个文件时,除非指定O_APPEND选择项,否则该位移量被设置为0。
可以调用lseek显式地定位一个打开文件:
off_t lseek(int filedes, off_t offset, int whence)
返回:若成功为新的文件位移,若出错为- 1
对参数offset 的解释与参数whence的值有关。
- 若whence是SEEK_SET,则将该文件的位移量设置为距文件开始处offset 个字节。
- 若whence是SEEK_CUR,则将该文件的位移量设置为其当前值加offset, offset可为正或负。
- 若whence是SEEK_END,则将该文件的位移量设置为文件长度加offset, offset可为正或负。
若lseek成功执行,则返回新的文件位移量,为此可以用下列方式确定一个打开文件的当前位移量:
off_t currpos;
currpos = lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
这种方法也可用来确定所涉及的文件是否可以设置位移量。如果文件描述符引用的是一个管道或FIFO,则lseek返回-1,并将errno设置为EPIPE。
参考质料
《UNIX环境高级编程》
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