文件I/O

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》