linux文件操作——基于unix标准库函数(open、read、write函数等)_open是linux标准库函数吗

1. 前言

在linux系统中，“一切皆文件”这一观点非常重要，也就是说无论执行什么类型的操作，都可以用 “打开 open->读写 read/write->关闭 close”模式来操作。
大多数情况下，我们只需要使用五个基本的库函数——open、close、read、write和ioctl。

2. Linux文件结构

2.1目录

目录除了本身包含的内容外，还会有一个名字和一些属性，即“管理信息”，例如：利用ls -l在当前目录下执行，可以得到如下图所示

红色框线圈出的就是文件名字和对应文件属性。

2.2文件和设备

硬件设备在linux操作系统中通常也被表示为文件。
在linux中比较重要的设备文件有三个——/dev/console、/dev/tty和dev/null。

1. /dev/console
   这个设备代表的是系统控制台。错误信息和诊断信息通常会被发送到这个设备。

2. /dev/tty
   如果一个进程有控制终端，那么特殊文件/dev/tty就是这个控制终端(键盘和显示屏，或键盘和窗口)的别名（逻辑设备）。

3. /dev/null
   这是空（null）设备。所有写向这个设备的输出都将被丢弃。而读这个设备会立刻返回一个文件尾标志，所以在cp命令中可以把它用做拷贝空文件的源文件。

3.unix库函数的IO操作

在输入输出操作中，直接使用底层系统调用会使效率非常低，所以linux/unix提供了一系列标准函数库，一般在<unistd.h>头文件中。
每个运行中的程序被称为进程，它有一些与之关联的文件描述符。可以通过他们访问打开的文件或设备。
当开始运行程序时，一般会有三个已经打开的文件描述符。

• 0：标准输入
• 1：标准输出
• 2：标准错误

3.1 write函数

系统调用write的作用是，把缓冲区buf的前count个字节写入与文件描述符fildes关联的文件中。它返回实际写入的字节数。如果返回0，则表示未写出任何数据，如果是-1，则表示write调用出错，对应的错误代码保存在全局标量errono里面。

调用原型如下：（可以使用man 2 write在linux系统中查看write函数的帮助页）

#include <unistd.h>

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); 
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来个demo试试：

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    if(write(1, "Here is some data\n", 18) != 18)       // 人为设定必须写入18个字节
        write(2, "A write error has occurred on file descriptor 1\n", 46);
        
    exit(1);        // 与return 0；的作用一样
}
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3.2 read函数

系统调用read的作用是，把缓冲区buf的前count个字节读入与文件描述符fildes关联的文件中。它返回实际读入的字节数。如果返回0，则表示未读出任何数据，如果是-1，则表示write调用出错，对应的错误代码保存在全局标量errono里面。

调用原型如下：（可以使用man 2 read在linux系统中查看read函数的帮助页）

#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
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来个demo试试：

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
   
int main()
{
    char buffer[20];		// 定义一个存储标准输入的缓冲区，大小为20个字节
    int nread;				// 存储read函数返回值

     nread = read(0, buffer, 10);
     if(nread == -1)
     {
         write(2, "a read error!\n", 14);		// 打印出读取错误
     }
     if(write(1, buffer, nread) != nread)		// 输出读取的字符串
         write(2, "write error!\n", 13);		// 输出错误

     return 0;
}
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3.3open系统调用

同样用man 2 open打开open函数的帮助页，可以看到如下所示帮助信息：

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

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

       int creat(const char *pathname, mode_t mode);

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打开文件成功返回0，否则返回-1，并设置全局变量errno以指明失败的原因。
需要说明的是，参数flags表示打开文件所采取的动作，而mode是表示文件的权限，也可以单独用chmod函数来设定。
下面介绍一下flags参数最常用的模式：

下面说一下参数mode，就不多解释，下图所示，输入对应的数字就好，当然也可以叠加，比如700表示所有者可以读写和执行。

3.4 close函数

close函数调用终止一个文件描述符fd与其对应文件之间的关联。
close调用成功就返回0，出错就返回-1.

#include <unistd.h>

int close(int fildes);
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3.5 ioctl函数调用

ioctl调用有点像是一个大袋子。它提供了一个用于控制设备及其描述符行为和配置底层服务的接口。
终端、文件描述符、套接字甚至磁带机都可以有为它们定义的ioctl。

#include <unistd.h>

int ioctl(int fd, int cmd, ...);
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3.6其他系统调用函数

1. lseek函数：对文件描述符fd的读写指针进行设置，可以用来设置文件的下一个读写位置。

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

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
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其中offset表示偏移值，whence表示偏移值的用法，有SEEK_SET(绝对位置)，SEEK_CUR(相对位置)，SEEK_END(相对于文件尾的相对位置)

2. fstat、stat和lstat函数
   返回与打开的文件描述符相关的文件状态信息，该信息将写到buf结构中。
   详情请见man帮助页

3. dup和dup2函数

该函数调用提供了复制文件描述符的一种方法，是我们能够通过两个或者更多个不同的描述符来访问同一个文件。