Linux 系统编程 开篇/ 文件的打开/创建

从本节开始学习关于Linux系统编程的知识！

学习Linux的系统编程有非常多的知识点，在应用层面，很重要的一点就是学习如何“用代码操作文件来实现文件创建，打开，编辑等自动化执行”

那如何自动化实现对文件的创建，打开，编辑等呢？答案就是使用Linux系统提供的一系列API函数(如 open, write/read, lseek,close等等)。

Linux文件编程的一般步骤

总结一下就是，打开文件，以及读写操作之后关闭文件的操作都不是必不可少的。 

Linux 文件管理 

简单来说，现在学习的用户层面的操作就是给内核发送指令，让内核来驱动物理磁盘进行操作 

 

打开/创建文件

需要包含的头文件：

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

相关的API函数： 

int open(const char *pathname, int flags); //pathname是文件路径，flags是权限
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);int creat(const char *pathname, mode_t mode);

open函数

当调用open打开一个文档之后，open函数会返回一个非负整数，这个整数就是文件描述符

如果对一个文档都进行了open，并返回了“2”，之后又想对其进行write，就是write(2)

如果返回为负数，则说明open失败！

也就是说，

文件标识符0可以指代键盘输入

文件标识符1可以指代键盘输出

且文件描述符只在当前进程有效！

参数说明

pathname：

  • 要打开的文件名（含路径）

flags ： 

  • O_RDONLY 只读打开
  • O_WRONLY 只写打开
  • O_RDWR 可读可写打开

当附带了权限后,打开的文件就只能按照这种权限来操作。

以上这三个参数中应当只指定一个。下列参数是可选择的:

  • O_CREAT：若文件不存在则创建它。使用此选项时,需要同时说明第三个参数mode.用其说明该新文件的存取许可权限。
  • O_EXCL：以这种属性去打开文件时，如果同时指定了O_CREAT，而文件已经存在，则打开文件失败（也可以说返回值是-1）。
  • O_APPEND：以这种属性去打开文件时，每次写时都加到文件的尾端。(不想写入时文件被覆盖，用这个flag，正常写入没有加其他条件的话，原来文件中的数据内容会被覆盖，注意是覆盖，覆盖本身的字节长度，没有覆盖的会保留，不是删除)
  • O_TRUNC：以这种属性去打开文件时,如果这个文件中本来是有内容的, 而且为只读或只写成功打开,则将其长度截短为0，通俗点的意思就是把原来的文件中的内容删除，写入你自己要的数据内容
  • Mode：一定是在flags中使用了 O-CREAT 标志, mode 记录待创建的文件的访问权限

关于mode的值和权限的对应关系：

共有三种权限：

  • 是否可读（r）, 对应数字4
  • 是否可写（w）, 对应数字2
  • 是否可执行（x）, 对应数字1

共有三个权限分配的对象：

  • 主用户
  • 同组用户
  • 其他组用户

比如：给的是0600时，则对应权限“-rw-------”，即只给主用户分配可读可写（4+2=6）的权限，同组用户（第三位）和其他组用户（第四位）没有任何权限

除了0600这种表达方式，Linux也直接提供了一些宏来表示：

其中较为常用的是：

  • S_IRWXU：对主用户来说可读，可写，可执行
  • S_IRUSR：对主用户来说可读
  • S_IWUSR：对主用户来说可写
  • S_IXUSR：对主用户来说可执行

实操演示

1. 创建一个名为“FILE”的文件夹，将文件部分的学习代码都放进去，并在cmd中cd到FILE：

2. 使用touch指令创建一个新的文件：

关于touch指令，可以参考：

Linux命令之touch命令_touch linux_恒悦sunsite的博客-CSDN博客

3.  使用vi命令创建一个c文件：

关于vi模式下的一些操作，之前接触过，参考：

Linux 系统初识_mjmmm的博客-CSDN博客

4.  使用man命令查看open相关的函数：

man的使用参考：

Linux下的man命令_linux man命令_邓永豪的博客-CSDN博客

简单来说就是 “man + 函数对应的手册号 + 函数名” 其中手册号是1~9，常用前3个，实在不知道可以一个个试，手册号不加也没事

然后就可以看到对于open函数的描述，这样就方便在Linux系统里面直接查阅和复制

5. 编写demo1.c，然后保存退出：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main()
{       int fd; // file descriptionfd = open("./file1",O_RDWR);printf("file description = %d\n",fd);return 0;
}

 6. 运行demo1.c：

可见，我创建的文档“file1”被自动打开，并分配了文件描述符“3”

7. 此时，如果将 file1 删除，再执行一遍代码：

可见，返回-1，返回失败

O_CREAT参数的应用

在实际应用中，我如果不希望一个文件不存在就直接返回失败，那么可以在open函数中，添加上面提到的“O_CREAT”参数，就可以“若文件不存在则创建它”，并按要求增加“mode”参数：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main()
{int fd; // file descriptionfd = open("./file1",O_RDWR|O_CREAT, 0600); //0600代表即将创建的文件“可读可写”printf("file description = %d\n",fd);return 0;
}

此时，在file1不存在的情况下open，依然会返回正常的文件标识符，并创建file1:

O_EXCL参数的应用

O_EXCL：以这种属性去打开文件时，如果同时指定了O_CREAT，而文件已经存在，则打开文件失败（也可以说返回值是-1）。

重写demo1.c:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main()
{int fd; // file descriptionfd = open("./file1",O_RDWR|O_CREAT|O_EXCL, 0600);if(fd == -1){printf("fail to open, file already exit\n");}else{printf("file description = %d\n",fd);}return 0;
}

可见，当file1存在时，会返回-1，无法打开文件；只有将file1删除，才会正常返回文件标识符。 

O_APPEND参数的应用

O_APPEND：以这种属性去打开文件时，每次写时都加到文件的尾端。(不想写入时文件被覆盖，用这个flag，正常写入没有加其他条件的话，原来文件中的数据内容会被覆盖，注意是覆盖，覆盖本身的字节长度，没有覆盖的会保留，不是删除)

关于写入的操作，在下一节有介绍！

不加O_APPEND写入时：

使用demo2.c的代码执行两边，第二遍的时候，将写入的数据从“mjmmjm”改成“123”：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main()
{int fd; // file descriptionchar *buf = "mjmmjm"; //第一遍char *buf = "123"; //第二遍fd = open("./file1",O_RDWR|O_CREAT, 0600);printf("file description = %d, open successfully!\n",fd);write(fd, buf, strlen(buf));close(fd); //close after writing return 0;
}

 

可见，如果没有添加O_APPEND，则第二次写入的数据会覆盖在原数据之上。

加入O_APPEND写入时：

依然使用demo2.c的代码执行两边，第二遍的时候，将写入的数据从“mjmmjm”改成“123”：

唯一的区别时这一次加上O_APPEND参数：

fd = open("./file1",O_RDWR|O_CREAT|O_APPEND, 0600);

可见，添加了O_APPEND了之后，就自动在文件末尾添加内容了。

O_TRUNC参数的应用

O_TRUNC：以这种属性去打开文件时,如果这个文件中本来是有内容的, 而且为只读或只写成功打开,则将其长度截短为0，通俗点的意思就是把原来的文件中的内容删除，写入你自己要的数据内容

在刚刚O_APPEND的实验中，file1的内容被修改成了“mjmmjm123”，现在修改demo2.c的代码，加入O_RRUNC参数，不删除file1的前提下编译运行 demo2.c：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main()
{int fd; // file descriptionchar *buf = "new";fd = open("./file1",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC, 0600);printf("file description = %d, open successfully!\n",fd);write(fd, buf, strlen(buf));close(fd); //close after writing return 0;
}

可见，文件的内容被完全替换成了新的写入内容，原来的内容全部被删除了。

creat函数

（需要添加的库在开头就说明了）

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

参数说明

  • pathname：要打开的文件名（含路径）
  • mode：待创建的文件的访问权限

mode值的选择见上面的说明。

  • 返回值：文件标识符

creat函数的原型等价于： open(pathname,O_CREAT | O_TRUNC | O_WRONLY,mode);

其中，O_CREAT和O_TRUNC上面已经提到过，一个负责“文件不存在就创建它”，一个负责“每次写入就将之前内容全部删除”，最后一个O_WRONLY就是open函数中的flag参数，表示“只写打开”

实操演示

修改demo1.c:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>int main()
{int fd; // file descriptionfd = creat("./file2", S_IRWXU); //给主用户赋予可读可写可执行的权限if(fd == -1){printf("fail to open, file already exit\n");}else{printf("file description = %d\n",fd);}return 0;
}

可见，creat函数 在file2不存在的情况下，会自动创建，印证了creat函数天生就带有open函数中的O_CREAT功能。

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