文件I/O基础

一个通用的 IO 模型通常包括打开文件、读写文件、关闭文件这些基本操作， 主要涉及到 4 个函数： open()、 read()、 write()以及 close()。  

一、文件描述符

调用 open 函数会有一个返回值，返回int 类型的数据。在 open函数执行成功的情况下， 会返回一个非负整数， 该返回值为一个文件描述符（file descriptor） ， 这说明文件描述符是一个非负整数； 对于 Linux 内核而言，所有打开的文件都会通过文件描述符进行索引。

当调用 open 函数打开一个现有文件或创建一个新文件时，内核会向进程返回一个文件描述符， 用于指代被打开的文件，所有执行 IO 操作的系统调用都是通过文件描述符来索引到对应的文件。

对于一个进程来说，文件描述符是一种有限资源， 文件描述符是从 0 开始分配的，譬如说进程中第一个被打开的文件对应的文件描述符是 0、第二个文件是 1、第三个文件是 2、第 4 个文件是 3……以此类推，文件描述符数字最大值为 1023（0~1023）。每一个被打开的文件在同一个进程中都有一个唯一的文件描述符，不会重复，如果文件被关闭后，它对应的文件描述符将会被释放，那么这个文件描述符将可以再次分配给其它打开的文件、与对应的文件绑定起来。

但是，当我们在程序中，调用 open 函数打开文件的时候，分配的文件描述符一般都是从 3 开始，因为0、 1、 2 这三个文件描述符已经默认被系统占用，分别分配给系统标准输入（0）、 标准输出（1）以及标准错误（2）。

注：Linux 系统下，一切皆文件，也包括各种硬件设备，使用 open 函数打开任何文件成功情况下便会返回对应的文件描述符 fd。每一个硬件设备都会对应于 Linux 系统下的某一个文件，把这类文件称为设备文件。所以设备文件对应的是某一硬件设备，应用程序通过对设备文件进行读写等操作、来使用、操控硬件设备，如 LCD 显示器、串口、音频。

标准输入是键盘，0 ：打开键盘对应的设备文件时所得到的文件描述符；标准输出是 LCD 显器，1 ：打开 LCD 设备对应的设备文件时所得到的文件描述符；而标准错误： LCD 显示器。

二、open()

在 Linux 系统中要操作一个文件，需要先打开该文件，得到文件描述符，然后再对文件进行相应的读写操作，最后在关闭该文件； open 函数用于打开文件，并且也可以创建一个新的文件。

#include 
#include 
#include 

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

pathname：用于标识需要打开或创建的文件，可以包含路径信息。 flags:调用 open 函数时需要提供的标志， 包括文件访问模式标志以及其它文件相关标志

mode:只有使用 O_CREAT 或 O_TMPFILE 标志时才有效,用于指定新文件的访问权限  

 

标志用途说明O_RDONLY以只读方式打开文件O_WRONLY以只写方式打开文件O_RDWR以可读可写的方式打开文件

前三个是文件访问权限标志，

必须包含其中一种，并且只能是一种

O_CREAT文件不存在，则创建此文件需要传入第3个参数mode,用于指定新文件的访问权限  O_DIRECTORYpathname不为目录，则调用失败O_EXCL用于创建文件O_NOFOLLOWpathname指向符号连接，将不对其解引用，返回错误

注：除了前三种标志，可以通过位或运算（|）将多个标志进行组合。  

mode 参数的类型是 mode_t，为u32 无符号整形数据，权限表示方法如下所示：

O---其他用户的权限 G---同组用户（group）的权限，即与文件所有者有相同组 ID 的所有用户 U---文件所属用户的权限，即文件或目录的所属者 S---文件的特殊权限，文件特殊权限一般用的比较少

3 个 bit 位中，按照 rwx 顺序来分配权限位（特殊权限除外） 。最高位（权值为 4）表示读权限，为 1 时表示具有读权限，为 0 时没有读权限；中间位（权值为 2）表示写权限，为 1 时表示具有 写权限，为 0 时没有写权限；最低位（权值为 1）表示执行权限，为 1 时表示具有可执行权限，为 0 时没有执行权限。

111000000：表示文件所属者具有读、写、执行权限，同组用户和其他用户不具有任何权限

100100100：表示文件所属者、同组用户以及其他用户都具有读权限，但没有写、执行限

文件权限宏定义：

 三、write()

调用 write 函数可向打开的文件写入数据

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

fd:将进行写操作的文件所对应的文件描述符传递给 write 函数

buf： 指定写入数据对应的缓冲区 count： 指定写入的字节数 返回值： 如果成功将返回写入的字节数（0 表示未写入任何字节）

注意：读写操作都是从文件的当前位置偏移量处开始。默认情况下当前位置偏移量一般是 0，指向了文件起始位置，当调用 read、 write 函数读写操作完成之后， 当前位置偏移量也会向后移动对应字节数。

四、read()

调用 read 函数可从打开的文件中读取数据

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

fd： 文件描述符 buf： 指定用于存储读取数据的缓冲区

count： 指定需要读取的字节数

返回值： 如果读取成功将返回读取到的字节数

 五、close()

调用 close 函数关闭一个已经打开的文件

#include 
int close(int fd);

fd： 文件描述符，需要关闭的文件所对应的文件描述符 返回值： 如果成功返回 0，如果失败则返回-1

六、lseek() 

对于每个打开的文件， 系统都会记录它的读写位置偏移量，把读写位置偏移量称为读写偏移量，记录了文件当前的读写位置，当调用 read()或 write()函数对文件进行读写操作时，就会从当前读写位置偏移量开始进行数据读写。

读写偏移量用于指示 read()或 write()函数操作时文件的起始位置，会以相对于文件头部的位置偏移量来表示，文件第一个字节数据的位置偏移量为 0。

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

fd： 文件描述符。 offset： 偏移量，以字节为单位。 whence： 用于定义参数 offset 偏移量对应的参考值，如下：

1.SEEK_SET：读写偏移量将指向 offset 字节位置处（从文件头部开始算）

2.SEEK_CUR：读写偏移量将指向当前位置偏移量 + offset 字节位置处，

3.SEEK_END：读写偏移量将指向 文件末尾 + offset 字节位置处

返回值： 成功将返回从文件头部开始算起的位置偏移量（字节为单位）， 当前的读写位置