linux文件I/O之 close()、lseek()、read()、write() 函数用法

1. close() 函数

头文件和函数声明

#include <unistd.h>

int close(int fd);

函数功能

关闭一个文件描述符

返回值

成功时返回 0。失败则返回 -1，并设置 errno 为相应的错误标志。

参数

fd：文件描述符

说明

像其它所有系统调用一样，应对 close() 的调用进行错误检查，如下所示：

if (-1 == close(fd)) {

perror("close error");

exit(EXIT_FAILURE);

}

以上代码能够捕获的错误有：

企图关闭一个未打开文件描述符。
多次关闭同一个文件描述符。
捕获特定文件系统在关闭操作时诊断出的错误，例如：NFS（网络文件系统），如果 NFS 出现提交失败，这意味着数据没有抵达远程磁盘，随之将这一错误作为 close() 调用失败的原因传递给应用程序。

例子

以下程序功能：打开 "./log.txt" 文件，然后调用 close() 函数关闭打开的文件

#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>int main(int argc, char *argv[])
{int flags = O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND; /* 只写，没有该文件则创建，写时从文件内容的末尾附加新内容 */mode_t mode = S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH; /* rw-rw-rw- */int fd = open("./log.txt", flags, mode); if (fd < 0) {perror("open error");exit(EXIT_FAILURE);}int ret = close(fd); /* 关闭文件描述符 */if (ret < 0) {perror("close error");exit(EXIT_FAILURE);}printf("process exit success\n");return 0;
}

2. lseek() 函数

每个打开的文件都有一个与其相关联的当前文件偏移量（current file offset），它通常是一个非负整数，用以度量从文件开始处计算的字节数。

读写操作都从当前文件偏移量处开始，并使偏移量增加所读写的字节数。

系统默认的情况，当打开一个文件时，除非指定 O_APPEND 选项打开，否则该偏移量被设置为 0。可以调用 lseek() 函数为一个打开的文件设置偏移量。

头文件和函数声明

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

typedef long off_t;

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

函数功能

为一个打开的文件设置偏移量

返回值

成功返回新的文件偏移量，失败返回 -1，并设置 errno 为相对应的错误标志。（注意：成功返回新的文件偏移量可能为负数，所以在判断 lseek() 函数一定要谨慎，应该判断返回值是否等于 -1）

参数

fd：文件描述符

offset：参数 offset 的含义跟参数 whence 的值有关

whence = SEEK_SET 时，则将文件的偏移量设置为文件开始处 offset 个字节，参数 offset 必须为非负数。
whence = SEEK_CUR 时，则将文件的偏移量设置为当前文件的偏移量 + offset 个字节，参数 offset 可以为正数，也可以为负数。
whence = SEEK_END 时，则将文件的偏移量设置为文件长度 + offset 个字节，参数 offset 可以为正数，也可以为负数。

off_t new_offset = lseek(fd, 0, SEEK_SET); // 将 fd 引用的文件的文件偏移量设置到文件开始处

off_t new_offset = lseek(fd, 0, SEEK_END); // 将 fd 引用的文件的文件偏移量设置到文件尾部

off_t new_offset = lseek(fd, -1, SEEK_END); // 将 fd 引用的文件的文件偏移量设置到文件尾部的前一个字节处

linux 内核中对 SEEK_SET、SEEK_CUR、SEEK_END 的定义如下所示：

#define SEEK_SET	0	/* seek relative to beginning of file */
#define SEEK_CUR	1	/* seek relative to current file position */
#define SEEK_END	2	/* seek relative to end of file */

例子

以下程序功能：打开 "./log.txt" 文件，调用 lseek() 函数将文件偏移量设置为文件尾部，然后从文件尾部开始写入 “hello world\n” 字符串，最后调用 close() 函数关闭打开的文件

#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>int main(int argc, char *argv[])
{int flags = O_WRONLY | O_CREAT; /* 只写，没有该文件则创建，文件偏移量默认为 0 */mode_t mode = S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH; /* rw-rw-rw- */int fd = open("./log.txt", flags, mode); if (fd < 0) {perror("open error");exit(EXIT_FAILURE);}off_t new_offset = lseek(fd, 0, SEEK_END); // 将文件偏移量设置为文件尾部，也可用于获取文件长度（文件所占字节数）的方法if (-1 == new_offset) {perror("lseek error");exit(EXIT_FAILURE);}off_t length = new_offset;printf("before write, file length = %ld\n", length);char buf[] = "hello world\n"; // strlen(buf) = 12; sizeof(buf) = 13ssize_t nwrite = write(fd, buf, strlen(buf));if (nwrite < 0) {perror("write error");exit(EXIT_FAILURE);}length = lseek(fd, 0, SEEK_END);if (-1 == length) {perror("lseek error");exit(EXIT_FAILURE);}printf("after write, file length = %ld\n", length);if (-1 == close(fd)) {perror("close error");exit(EXIT_FAILURE);}return 0;
}

3. read() 函数

头文件和函数声明

#include <unistd.h>

/********************/

/* 32位系统 */

typedef unsigned int size_t ;

typedef int ssize_t ;

/* 64位系统 */

typedef unsigned long size_t ;

typedef long ssize_t;

/********************/

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

函数功能

从文件描述符 fd 引用的文件中请求读取 count 字节的数据并存储到从 buf 开始的缓冲区中

返回值

如果 read() 成功，将返回实际读取到的字节数。
如果遇到文件结尾（EOF）则返回 0。
如果读取失败，则返回 -1，并设置 errno 为相应的错误标志。

说明

一次 read() 调用所读取到的字节数可能会小于请求的字节数。

对于普通文件而言，这可能读取到靠近文件尾部了。
对于其它文件类型，比如管道、FIFO、socket 或终端，在不同环境下也会出现读取到的字节数小于请求的字节数。例如，默认情况下，从终端读取字符，遇到换行符（\n），read() 调用就会返回。

参数

fd：文件描述符

buf：存储读取到的数据的首地址

count：请求读取 count 字节数据

4. write() 函数

头文件和函数声明

#include <unistd.h>

/********************/

/* 32位系统 */

typedef unsigned int size_t ;

typedef int ssize_t ;

/* 64位系统 */

typedef unsigned long size_t ;

typedef long ssize_t;

/********************/

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

函数功能

向文件描述符 fd 引用的文件中写入从 buf 开始的缓冲区中 count 字节的数据。

返回值

成功时返回被写入的字节数（若为 0 则表示没有写入数据）。失败则返回 -1，并设置 errno 为相应的错误标志。

参数

fd：文件描述符

buf：要被写入文件的数据在内存中的首地址

count：请求写入 count 字节

说明

如果 write() 调用成功，将会返回实际写入文件的字节数。该返回值可能会小于 count 参数值，这被叫做部分写。

对于磁盘文件来说，造成部分写的原因可能是磁盘已满，或是因为进程资源对文件大小的限制
对于磁盘文件执行 I/O 操作时，write() 调用成功并不能保证已经完成写入磁盘，因为为了减少磁盘活动量和加快 write() 系统调用，内核会缓存磁盘的 I/O 操作

例子

以下程序功能：拷贝一个普通文件。命令行格式：./copyfile_demo log.txt log2.txt

#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>#define BUF_SIZE 4096int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3) {printf("%s input_file out_put_file\n", argv[0]);exit(EXIT_FAILURE);}int ifd = open(argv[1], O_RDONLY); // 只读方式打开if (-1 == ifd) {fprintf(stderr, "open %s error: %s\n", argv[1], strerror(errno));exit(EXIT_FAILURE);}int flags = O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL; // 只读，创建新文件，O_EXCL：此标志，保证 open() 调用只能创建新文件，如果文件存在则报错int mode = S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH; /* rw-rw-rw- */int ofd = open(argv[2], flags, mode);if (-1 == ofd){if (-1 == close(ifd))perror("close error");fprintf(stderr, "open %s error: %s\n", argv[2], strerror(errno));exit(EXIT_FAILURE);}char buf[BUF_SIZE] = "";ssize_t nread = 0;while ((nread = read(ifd, buf, BUF_SIZE)) > 0) {if (write(ofd, buf, nread) != nread) {if (-1 == close(ifd))perror("close error");if (-1 == close(ofd))perror("close error");perror("write error");exit(EXIT_FAILURE);}}// 成功 read() 完整个文件，nread = 0if (-1 == nread) {if (-1 == close(ifd))perror("close error");if (-1 == close(ofd))perror("close error");perror("read error");exit(EXIT_FAILURE);}if (-1 == close(ifd))perror("close error");if (-1 == close(ofd))perror("close error");printf("copy %s success\n", argv[1]);return 0;
}