【Linux系统编程】第二十六弹---彻底掌握文件I/O：C/C++文件接口与Linux系统调用实践

在Linux系统编程中，文件I/O（输入输出）是一个至关重要的主题。掌握文件I/O对于理解数据的持久化、文件的管理和高效的资源利用都具有很重要的意义。在本篇文章中，我们将深入探讨C/C++中与Linux系统调用相关的文件I/O接口。

文件I/O基础

在Linux中，文件I/O主要是通过系统调用实现的。最常用的系统调用包括：open()、read()、write()、close()，这些调用直接与操作系统交互，以处理磁盘中的文件。

1. open()

open()用于打开一个文件，并返回一个文件描述符（file descriptor）。其原型如下：

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

• pathname：文件路径
• flags：指定打开文件的方式，例如O_RDONLY（只读）、O_WRONLY（只写）、O_RDWR（读写）等。
• mode：文件创建时的权限，通常用在文件以O_CREAT标志创建时。

2. read()

read()用于从文件中读取数据，其原型如下：

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

• fd：文件描述符
• buf：存放读取数据的缓冲区
• count：要读取的字节数

3. write()

write()用于向文件中写入数据，其原型如下：

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

• fd：文件描述符
• buf：源数据缓冲区
• count：要写入的字节数

4. close()

close()用于关闭文件，释放文件描述符。其原型如下：

int close(int fd);

示例代码

下面是一个简单的文件I/O示例，演示如何使用上述系统调用创建一个文件、写入数据、读取数据并关闭文件。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main() {
    const char *filename = "example.txt";
    const char *data = "Hello, Linux File I/O!";

    // 创建并打开文件
    int fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, S_IRUSR | S_IWUSR);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 写入数据
    ssize_t bytes_written = write(fd, data, strlen(data));
    if (bytes_written == -1) {
        perror("write");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("已写入 %zd 字节。\n", bytes_written);

    // 关闭文件
    close(fd);

    // 读取数据
    char buf[100];
    fd = open(filename, O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    ssize_t bytes_read = read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);
    if (bytes_read == -1) {
        perror("read");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    buf[bytes_read] = '\0'; // 确保字符串以'\0'结尾
    printf("读取到的内容：%s\n", buf);

    // 关闭文件
    close(fd);

    return 0;
}

总结

在这个示例中，我们首先创建了一个文本文件，然后向其中写入了一些数据，接着又读取了这些数据并输出。这是学习文件I/O操作的基础。在实际开发中，还会涉及到更多复杂的文件操作，例如文件权限的设置、文件的随机访问等。

掌握Linux文件I/O的系统调用，可以使程序员能够更加高效地进行文件管理，为开发健壮的系统应用打下良好的基础。在后续的学习中，深入理解缓冲区管理、文件指针操作以及异步I/O等更高级的主题，将帮助提升数据处理能力和程序性能。