🎬?個(gè)人主頁(yè)：誰(shuí)在夜里看海.

📖?個(gè)人專欄：《C++系列》《Linux系列》《算法系列》

???道阻且長(zhǎng)，行則將至

---

目錄

📚前言：一切皆文件?

📚一、C語(yǔ)言的文件接口

📖1.文件打開(kāi)

🔖語(yǔ)法

🔖本質(zhì)

🔖示例

📖2.文件讀取

🔖語(yǔ)法

🔖示例

📖3.文件寫(xiě)入

🔖語(yǔ)法

🔖示例

📖4.文件關(guān)閉

🔖語(yǔ)法

🔖作用

📖5.默認(rèn)流指針

📚二、系統(tǒng)調(diào)用接口

📖1.文件打開(kāi)

🔖語(yǔ)法

🔖示例

📖2.文件讀取

🔖語(yǔ)法

🔖示例

📖3.文件寫(xiě)入

🔖語(yǔ)法

🔖示例

📖4.文件關(guān)閉

🔖語(yǔ)法

📚三、底層調(diào)用&上層封裝

📖1.底層調(diào)用

📖2.上層封裝

🔖3.示例

?4.總結(jié)?

📚四、文件描述符fd

📖1.工作原理

🔖示例

📖2.分配原則

📚五、重定向

📖1.常見(jiàn)的重定向

📖2.本質(zhì)

📖3.dup2系統(tǒng)調(diào)用

🔖語(yǔ)法?

🔖示例

📚六、總結(jié)

---

📚前言：一切皆文件?

在正式開(kāi)始文件操作的介紹之前，我們先來(lái)解決一個(gè)問(wèn)題，什么是文件？

我們常見(jiàn)的文件有：文本文件（如.txt，.cpp），二進(jìn)制文件（如編譯后的可執(zhí)行文件），圖像文件等等，我們和這些文件打交道，無(wú)非就是對(duì)文件寫(xiě)入和對(duì)文件讀取，然而我們是怎么實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的寫(xiě)入和讀取的呢？其實(shí)操作系統(tǒng)為我們提供了這一切，我們告訴系統(tǒng)要訪問(wèn)哪個(gè)文件，調(diào)用系統(tǒng)提供的方法，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)文件的操作。

但文件的概念并不僅僅局限于磁盤(pán)上的存儲(chǔ)內(nèi)容，在操作系統(tǒng)中，幾乎所有資源都可以通過(guò)類似“文件”的方式來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)和操作。無(wú)論是硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)，還是連接計(jì)算機(jī)的外設(shè)設(shè)備，操作系統(tǒng)都通過(guò)類似文件的機(jī)制來(lái)統(tǒng)一管理他們。這是操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要思想——一切皆文件。

在這個(gè)框架下，設(shè)備（如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)接口、內(nèi)存等）不再是與文件不同的資源，而是被抽象為一種特殊類型的文件，通過(guò)統(tǒng)一的系統(tǒng)調(diào)用接口，我們可以像操作普通文件那樣，操作這些設(shè)備，這種設(shè)計(jì)方式使得我們能夠以一種一致的方式訪問(wèn)硬件資源。

下面我們來(lái)介紹操作系統(tǒng)具體是如何對(duì)文件進(jìn)行操作，以及如何以“文件”的方式管理各種設(shè)備的。

📚一、C語(yǔ)言的文件接口

任何對(duì)文件的操作都可以看成對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)、讀取和寫(xiě)入，系統(tǒng)為我們提供了這些操作的接口，下面我們就來(lái)看看C語(yǔ)言下的文件接口：

📖1.文件打開(kāi)

🔖語(yǔ)法

C語(yǔ)言提供了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù) fopen()?用于打開(kāi)文件：

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

① 參數(shù)1：filename，表示文件名，指定要打開(kāi)的文件路徑，可以是絕對(duì)路徑也可以是相對(duì)路徑

② 參數(shù)2：mode，文件打開(kāi)模式，指定打開(kāi)文件的方式（文件操作的權(quán)限），常見(jiàn)的有：

? ? ?"r"，只讀方式打開(kāi)文件，文件必須存在

? ? ?"w"，只寫(xiě)方式打開(kāi)文件，文件不存在則創(chuàng)建，存在則清空文件

? ? ?"a"，追加模式，文件不存在則創(chuàng)建，存在則數(shù)據(jù)追加到文件末尾

? ? ?"rb"，以二進(jìn)制模式讀取文件

? ? ?"rw"，以二進(jìn)制模式寫(xiě)入文件

③ 返回值類型：FILE*，文件指針，用于標(biāo)記當(dāng)前打開(kāi)的文件

🔖本質(zhì)

fopen文件訪問(wèn)其實(shí)是做了以下工作：

1. 定位當(dāng)前文件

我們打開(kāi)一個(gè)文件的本質(zhì)其實(shí)是向系統(tǒng)申請(qǐng)指定文件的描述符（FILE*指針），通過(guò)這個(gè)描述符系統(tǒng)就能定位文件，才能完成后續(xù)的讀寫(xiě)操作。所以對(duì)文件操作之前一定要先打開(kāi)文件（其實(shí)就是獲取文件描述符）

在C語(yǔ)言中，文件描述符以指針的形式存在，FILE * 是一個(gè)指向文件對(duì)象的指針，它是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，內(nèi)部包含了文件操作的狀態(tài)（如文件位置、訪問(wèn)模式等）。

2.設(shè)置文件訪問(wèn)模式

打開(kāi)文件時(shí)，需要指定文件的“訪問(wèn)模式”（如讀取、寫(xiě)入、追加等），這告訴操作系統(tǒng)你希望如何使用文件：是否允許讀取文件內(nèi)容，是否可以修改文件，文件是否追加數(shù)據(jù)，如果文件不存在是否需要?jiǎng)?chuàng)建。

3.定位文件指針

當(dāng)文件被打開(kāi)時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)初始化一個(gè)文件指針，指示文件中當(dāng)前可以進(jìn)行讀寫(xiě)操作的位置。在文件讀取或?qū)懭霑r(shí)，文件指針會(huì)根據(jù)操作而前進(jìn)或后退。例如，當(dāng)你讀一個(gè)文件時(shí)，文件指針會(huì)向前移動(dòng)，直到讀到文件的末尾（EOF）。當(dāng)你寫(xiě)一個(gè)文件時(shí)，文件指針通常會(huì)向文件的結(jié)尾移動(dòng)，或者在追加模式下繼續(xù)從文件的末尾寫(xiě)入。?

🔖示例

    FILE *fp = fopen("myfile", "w");if(!fp){printf("fopen error!\n"); // 訪問(wèn)失敗返回空指針}

這里以"w"只寫(xiě)的方式打開(kāi)"myfile"文件（文件不存在則創(chuàng)建，存在則清空），并返回一個(gè)文件指針，?如果該文件沒(méi)有寫(xiě)權(quán)限時(shí)，打開(kāi)失敗，返回空指針。

📖2.文件讀取

🔖語(yǔ)法

C語(yǔ)言提供了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù) fread() 用于讀取文件數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)中：

ssize_t fread(void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream);

① 參數(shù)1：ptr，指向存儲(chǔ)讀取數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的指針，讀取的數(shù)據(jù)會(huì)存放到該緩沖區(qū)

② 參數(shù)2：size，讀取的單個(gè)數(shù)據(jù)元素的大小（單位為字節(jié)）

③ 參數(shù)3：count，讀取的元素個(gè)數(shù)

④ 參數(shù)4：stream，文件指針（FILE *，就是前面 fopen 的返回值）?

⑤ 返回值類型：size_t，返回成功讀取的元素個(gè)數(shù)（count）

🔖示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {FILE *fp = fopen("numbers.dat", "rb");if (fp == NULL) {perror("Error opening file");return 1;}int numbers[100];size_t elementsRead = fread(numbers, sizeof(int), 100, fp);if (elementsRead != 100) {if (feof(fp)) {printf("Reached end of file.\n");} else {perror("Error reading file");}}for (size_t i = 0; i < elementsRead; i++) {printf("%d ", numbers[i]);}printf("\n");fclose(fp);return 0;
}

fread() 這里用于讀取 numbers.dat 文件的100個(gè)整數(shù)，如果文件中少于100個(gè)整數(shù)，fread() 會(huì)讀取到文件結(jié)束，并返回實(shí)際讀取的文件個(gè)數(shù)。

使用 feof() 檢查文件是否到達(dá)文件末尾，到達(dá)返回1，否則返回0。

📖3.文件寫(xiě)入

C語(yǔ)言提供了標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù) fwrite()?用于文件寫(xiě)入，與 fread() 相對(duì)應(yīng)：

🔖語(yǔ)法

ssize_t fwrite(const void *ptr, size_t size, size_t count, FILE *stream);

① 參數(shù)1：ptr，指向?qū)懭霐?shù)據(jù)指針，可以是數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、字符串等

② 參數(shù)2：size，寫(xiě)入的單個(gè)數(shù)據(jù)元素的大小（單位為字節(jié)）

③ 參數(shù)3：count，寫(xiě)入的元素個(gè)數(shù)

④ 參數(shù)4：stream，文件指針（FILE *，就是前面 fopen 的返回值）?

⑤ 返回值類型：size_t，返回成功寫(xiě)入的元素個(gè)數(shù)（count）

可以看出 fwrite() 和 fread() 的函數(shù)構(gòu)造是一樣的。

🔖示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {FILE *fp = fopen("numbers.dat", "wb");if (fp == NULL) {perror("Error opening file");return 1;}int numbers[] = {1, 2, 3, 4, 5};size_t elementsWritten = fwrite(numbers, sizeof(int), 5, fp);if (elementsWritten != 5) {perror("Error writing file");}fclose(fp);return 0;
}

fwrite() 將整數(shù)數(shù)組 numbers 中的5個(gè)整數(shù)寫(xiě)入文件 number.dat，如果寫(xiě)入的元素個(gè)數(shù)小于預(yù)期，程序會(huì)打印錯(cuò)誤信息

??注意：

寫(xiě)入文件時(shí)必須使用 "wb" 或 "w" 模式打開(kāi)文件；使用 "wb" 或 "w" 打開(kāi)文件時(shí)，會(huì)清空文件的現(xiàn)有內(nèi)容（如果文件已經(jīng)存在）。如果你希望追加數(shù)據(jù)，而不是覆蓋原文件，可以使用 "a" 或 "ab"模式打開(kāi)文件。

📖4.文件關(guān)閉

fclose() 函數(shù)用于關(guān)閉 fopen() 打開(kāi)的文件，并釋放文件的資源。關(guān)閉文件后，不能再通過(guò)該文件指針訪問(wèn)文件內(nèi)容：

🔖語(yǔ)法

#include <stdio.h>int fclose(FILE *stream);

① 參數(shù)：stream，指向FILE對(duì)象的指針，表示要關(guān)閉的文件

② 返回值類型：int，關(guān)閉成功返回0，失敗返回 EOF，可以通過(guò) perror() 獲取錯(cuò)誤信息。

🔖作用

1.沖刷緩沖區(qū)：如果文件是以寫(xiě)方式打開(kāi)的，fclose() 會(huì)保證緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)被刷新到磁盤(pán)，如果有任何未寫(xiě)入的數(shù)據(jù)，都會(huì)被寫(xiě)入目標(biāo)文件。

2.釋放資源：關(guān)閉文件后，操作系統(tǒng)會(huì)釋放與該文件相關(guān)的資源（例如文件描述符）。這對(duì)于防止資源泄漏非常重要。

3.文件指針失效：文件關(guān)閉后，文件指針不再有效。若再次訪問(wèn)該指針，將導(dǎo)致未定義行為。

📖5.默認(rèn)流指針

fopen()返回的文件指針我們又稱之為文件流指針，因?yàn)槲募举|(zhì)上是一個(gè)數(shù)據(jù)流，它可以從文件中讀取數(shù)據(jù)，也可以向文件中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。在這種抽象下，文件操作就像處理一個(gè)數(shù)據(jù)流，而文件流指針則是指向這個(gè)流的一個(gè)句柄。

在C語(yǔ)言中，有三個(gè)默認(rèn)的文件流指針，分別指向標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出，使得我們無(wú)需顯式地打開(kāi)文件即可進(jìn)行常見(jiàn)的文件操作：

① stdin 是標(biāo)準(zhǔn)輸入流，指向鍵盤(pán)輸入，可以使用 scanf() 從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)這個(gè)流指針，將鍵盤(pán)輸入的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到磁盤(pán)文件中；

② stdout 是標(biāo)準(zhǔn)輸流，指向終端或控制臺(tái)，可以使用 printf() 將數(shù)據(jù)輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出，也可以通過(guò)流指針將磁盤(pán)文件內(nèi)容輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出中；

#include <stdio.h>#include <string.h>int main(){const char *msg = "hello fwrite\n";fwrite(msg, strlen(msg), 1, stdout);printf("hello printf\n");fprintf(stdout, "hello fprintf\n");return 0;}

③ stderror 是標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤流，用于輸出錯(cuò)誤信息。也指向終端或控制臺(tái)。

📚二、系統(tǒng)調(diào)用接口

在操作系統(tǒng)中，文件操作不僅僅是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)如 fopen(), fread(), fwrite(), 和 fclose() 實(shí)現(xiàn)的，還可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用接口直接進(jìn)行。系統(tǒng)調(diào)用提供了低級(jí)別、直接的操作系統(tǒng)資源訪問(wèn)方式，包括對(duì)文件的操作。這些系統(tǒng)調(diào)用通常用于底層編程，它們繞過(guò)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)，直接與操作系統(tǒng)內(nèi)核交互。

📖1.文件打開(kāi)

在 Linux 系統(tǒng)中，文件的打開(kāi)操作是通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用 open() 完成的。open() 函數(shù)會(huì)返回一個(gè)文件描述符（而不是 FILE* 指針），這是操作文件的基礎(chǔ)：

🔖語(yǔ)法

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

① 參數(shù)1：pathname，文件路徑，指定要打開(kāi)的文件。

② 參數(shù)2：flags，指定文件的打開(kāi)模式，如：

? ? ?O_RDONLY：只讀模式

? ? ?O_WRONLY：只寫(xiě)模式

? ? ?O_RDWR：讀寫(xiě)模式

? ? ?O_CREAT：如果文件不存在則創(chuàng)建

? ? ?O_APPEND：追加模式

③ 參數(shù)3：mode，文件的默認(rèn)權(quán)限設(shè)置，僅在創(chuàng)建新文件時(shí)有效，通常為0644權(quán)限位:

? ? ?0表示當(dāng)前數(shù)字為八進(jìn)制，我們?cè)谠O(shè)置權(quán)限時(shí)，要考慮三類用戶：所有者，所有組以及其他用戶

? ? ?644表示所有者權(quán)限為可讀可寫(xiě)不可執(zhí)行，所有組和其他用戶僅可讀，不可寫(xiě)不可執(zhí)行。

④ 返回值：int，打開(kāi)成功時(shí)返回一個(gè)非負(fù)整數(shù)，表示文件描述符；打開(kāi)失敗返回-1。int類型的文件描述符和FILE*指針作用一樣，都可以指向文件，前者可以看作數(shù)組下標(biāo)，后者作為指針指向。

🔖示例

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main()
{    int fd1 = open("myfile_1", O_RDONLY); // mode可缺省int fd2 = open("myfile_2", O_WRONLY, 0664);
}

📖2.文件讀取

系統(tǒng)調(diào)用 read()?用于從已打開(kāi)的文件描述符中讀取數(shù)據(jù)：

🔖語(yǔ)法

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

① 參數(shù)1：fd，文件描述符，通過(guò) open() 獲取。

② 參數(shù)2：buf，緩沖區(qū)，存儲(chǔ)讀取的數(shù)據(jù)。

③ 參數(shù)3：要讀取的字節(jié)數(shù)。

④ 返回值：ssize_t，成功時(shí)，返回實(shí)際讀取的字節(jié)數(shù)；失敗時(shí)，返回 -1（所以這里不能使用size_t作為返回值，而是ssize_t）

🔖示例

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main(){int fd = open("myfile", O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return 1;}const char *msg = "hello bit!\n";char buf[1024];while(1){ssize_t s = read(fd, buf, strlen(msg));//類比writeif(s > 0){printf("%s", buf);}else{break;}}close(fd);return 0;}

📖3.文件寫(xiě)入

系統(tǒng)調(diào)用 write() 用于將數(shù)據(jù)寫(xiě)入文件：

🔖語(yǔ)法

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

🔖示例

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main(){umask(0);int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 0644);if(fd < 0){perror("open");return 1;}int count = 5;const char *msg = "hello bit!\n";int len = strlen(msg);while(count--)write(fd, msg, len);close(fd);return 0;}

?umask()是Linux中設(shè)置權(quán)限掩碼的系統(tǒng)調(diào)用，用于控制文件創(chuàng)建的默認(rèn)權(quán)限，調(diào)用 umask(0) 將文件創(chuàng)建掩碼設(shè)置為 0，意味著沒(méi)有權(quán)限被去除，系統(tǒng)會(huì)允許最大權(quán)限的創(chuàng)建。

如果調(diào)用 umask(002)，則創(chuàng)建的文件會(huì)去掉 2 (即 0002)，那么文件權(quán)限將變成 664，目錄權(quán)限將變成 775，即去除其他用戶的寫(xiě)權(quán)限。

📖4.文件關(guān)閉

系統(tǒng)調(diào)用 close() 用于關(guān)閉打開(kāi)的文件描述符，釋放相關(guān)資源：

🔖語(yǔ)法

int close(int fd);

① 參數(shù)：fd，文件描述符，通過(guò) open() 獲取。

② 返回值：int，成功時(shí)，返回 0；失敗時(shí)，返回 -1?。

作用與fclose相同，也是沖刷緩沖區(qū)以及釋放資源。

📚三、底層調(diào)用&上層封裝

?C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)與系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的訪問(wèn)操作，那么它們之間有什么關(guān)聯(lián)呢？

?C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)是對(duì)系統(tǒng)調(diào)用的上層封裝

📖1.底層調(diào)用

底層調(diào)用即系統(tǒng)調(diào)用，是操作系統(tǒng)提供的接口，允許用戶程序與操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行交互。當(dāng)程序需要進(jìn)行文件操作時(shí)，實(shí)際上是通過(guò)調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用接口完成的，常見(jiàn)的系統(tǒng)調(diào)用接口有 open(), write(), read(), close() 等，這些系統(tǒng)調(diào)用直接與操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)進(jìn)行交互。

📖2.上層封裝

C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù) fopen(), fread(), fwrite(), fclose()?是對(duì)操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)調(diào)用的封裝，它們提供了更高層次的接口，使得使用者不需要直接與操作系統(tǒng)底層交互，能夠更便捷地進(jìn)行文件操作。標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了文件描述符的管理、緩沖區(qū)的操作等，屏蔽了底層的細(xì)節(jié)。

🔖3.示例

open() 是一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，直接與操作系統(tǒng)交互，返回一個(gè)文件描述符。這個(gè)文件描述符可以用于進(jìn)一步的 read()、write() 等操作。其實(shí)現(xiàn)較為底層，涉及操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)和內(nèi)存管理。

fopen() 是 C 語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)，它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)使用了 open() 系統(tǒng)調(diào)用來(lái)打開(kāi)文件。除了 open()，fopen() 還管理了緩沖區(qū)的初始化等工作，簡(jiǎn)化了文件操作過(guò)程。fopen() 返回的是一個(gè)文件指針（FILE*），它在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)內(nèi)部使用該指針來(lái)進(jìn)行文件操作，而不是直接暴露文件描述符。

?4.總結(jié)?

特性	系統(tǒng)調(diào)用 open() / read() / write()	系統(tǒng)調(diào)用 open() / read() / write()
功能	直接與操作系統(tǒng)交互，底層文件操作	提供高層接口，封裝底層系統(tǒng)調(diào)用
返回值	文件描述符（int）	文件指針（FILE*）
管理緩沖區(qū)	不負(fù)責(zé)緩沖區(qū)管理	自動(dòng)管理文件緩沖區(qū)（提高效率）
使用難度	較低層，涉及操作系統(tǒng)管理	較高層，易于使用，屏蔽底層細(xì)節(jié)
適用場(chǎng)景	需要精細(xì)控制文件操作的底層程序	一般的文件操作，簡(jiǎn)潔高效的接口

📚四、文件描述符fd

文件描述符（File Descriptor，簡(jiǎn)稱fd）是操作系統(tǒng)用來(lái)表示已打開(kāi)文件的整數(shù)。它是系統(tǒng)用來(lái)跟蹤打開(kāi)文件的標(biāo)識(shí)符，與標(biāo)準(zhǔn)流、系統(tǒng)調(diào)用的接口密切相關(guān)。

📖1.工作原理

每當(dāng)程序調(diào)用 open() 函數(shù)打開(kāi)一個(gè)文件，操作系統(tǒng)會(huì)為該文件分配一個(gè)文件描述符。文件描述符是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，用于在后續(xù)的系統(tǒng)調(diào)用中標(biāo)識(shí)該文件。

操作系統(tǒng)通常會(huì)為每個(gè)進(jìn)程維護(hù)一個(gè)文件描述符表，其中每個(gè)文件描述符對(duì)應(yīng)一個(gè)打開(kāi)的文件或設(shè)備。在 Linux 系統(tǒng)中，文件描述符通常從 0 開(kāi)始分配。0、1、2 是系統(tǒng)默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤輸出流，而其他文件描述符則用于指向程序顯式打開(kāi)的文件。

?

🔖示例

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main() {int fd = open("example.txt", O_RDONLY);if (fd == -1) {perror("Error opening file");return 1;}// 使用文件描述符fd讀取文件內(nèi)容char buffer[100];ssize_t bytesRead = read(fd, buffer, sizeof(buffer));if (bytesRead > 0) {write(1, buffer, bytesRead);  // 輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出}close(fd);  // 關(guān)閉文件描述符return 0;
}

在這個(gè)例子中，程序通過(guò) open() 獲取文件描述符 fd，然后用 read() 讀取文件內(nèi)容，最后用 close() 關(guān)閉文件描述符。文件描述符 fd 在操作系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)應(yīng)于打開(kāi)的文件或設(shè)備，操作系統(tǒng)會(huì)根據(jù)它來(lái)執(zhí)行讀取操作。

📖2.分配原則

文件描述符的分配原則是怎么樣的呢？來(lái)看看下面這段代碼：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main(){int fd = open("myfile", O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);close(fd);return 0;}

此時(shí)fd是3，如果我將0或者2關(guān)閉呢：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main(){close(0);//close(2);int fd = open("myfile", O_RDONLY);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);close(fd);return 0;}

發(fā)現(xiàn)此時(shí)fd為0（或者2），由此可以得到文件描述符fd的分配原則：

在files_struct數(shù)組當(dāng)中，找到當(dāng)前沒(méi)有被使用的 最小的一個(gè)下標(biāo)，作為新的文件描述符。?

📚五、重定向

重定向（Redirection）是操作系統(tǒng)提供的一種機(jī)制，允許將程序的輸入和輸出從默認(rèn)設(shè)備（通常是終端或控制臺(tái)）重定向到其他設(shè)備或文件。重定向通常通過(guò)操作系統(tǒng)提供的文件描述符來(lái)實(shí)現(xiàn)。

例如還是上面那段代碼，我們關(guān)閉1：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>int main(){close(1);int fd = open("myfile", O_WRONLY|O_CREAT, 00644);if(fd < 0){perror("open");return 1;}printf("fd: %d\n", fd);fflush(stdout);close(fd);exit(0);}

此時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，本應(yīng)該輸出到顯示器上的內(nèi)容輸出到了文件myfile中，其中fd=1，這種現(xiàn)象叫做輸出重定向。常見(jiàn)的重定向有:>, >>, <：

📖1.常見(jiàn)的重定向

🔖> (輸出重定向):

功能: 將命令的標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向到一個(gè)文件中。如果目標(biāo)文件已經(jīng)存在，則會(huì)覆蓋文件內(nèi)容。

echo "Hello, World!" > output.txt

這會(huì)將 "Hello, World!" 輸出到 output.txt 文件中，覆蓋文件原有內(nèi)容。

🔖>> (追加輸出重定向)：

功能: 將命令的標(biāo)準(zhǔn)輸出追加到文件末尾。如果目標(biāo)文件不存在，則會(huì)創(chuàng)建文件。

echo "New line of text" >> output.txt

這會(huì)將 "New line of text" 追加到 output.txt 文件的末尾。

🔖< (輸入重定向)：

功能: 將文件的內(nèi)容作為標(biāo)準(zhǔn)輸入傳遞給命令。

sort < input.txt

這會(huì)將 input.txt 文件的內(nèi)容傳遞給 sort 命令進(jìn)行排序。

這三種重定向符號(hào)是最常見(jiàn)的，用于控制數(shù)據(jù)流向文件或從文件讀取數(shù)據(jù)。在復(fù)雜的腳本或命令行操作中，它們非常有用，能夠幫助用戶將輸出存儲(chǔ)到文件中或從文件中讀取數(shù)據(jù)。

📖2.本質(zhì)

重定向的本質(zhì)是改變數(shù)據(jù)流的方向，每個(gè)文件描述符（如 0, 1, 2）都關(guān)聯(lián)一個(gè) file_struct（文件結(jié)構(gòu)體）。當(dāng)進(jìn)行重定向操作時(shí)，操作系統(tǒng)需要首先清空當(dāng)前文件描述符的相關(guān)信息，然后修改文件描述符的指向，例如將2重定向到1時(shí)：?

① 清除?2 指向的文件結(jié)構(gòu)體內(nèi)容；

② 修改 2 的指向，使其指向?1 所指向的文件結(jié)構(gòu)體內(nèi)容。

📖3.dup2系統(tǒng)調(diào)用

dup2 是一個(gè)用于文件描述符復(fù)制的系統(tǒng)調(diào)用，它的作用是將一個(gè)現(xiàn)有的文件描述符復(fù)制到另一個(gè)文件描述符上，替換掉目標(biāo)文件描述符原有的內(nèi)容。

🔖語(yǔ)法?

int dup2(int oldfd, int newfd);

① oldfd：源文件描述符，表示要復(fù)制的現(xiàn)有文件描述符；

② newfd：目標(biāo)文件描述符，表示復(fù)制到該文件描述符。如果該文件描述符已經(jīng)打開(kāi)，則它會(huì)被關(guān)閉，然后復(fù)制 oldfd 的內(nèi)容。

🔖示例

#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>int main()
{int fd = open("./tmp.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0664);if (fd < 0)return -1;dup2(fd, 1);printf("i like linux!\n");return 0;
}

這里我們將標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向到文件tmp.txt中，執(zhí)行結(jié)果：

📚六、總結(jié)

在 C 語(yǔ)言中，標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)提供了較高層次的抽象，使得文件操作變得簡(jiǎn)便易用。我們通過(guò) fopen() 打開(kāi)文件，利用 fread() 和 fwrite() 進(jìn)行讀寫(xiě)操作，并通過(guò) fclose() 關(guān)閉文件。這些操作的實(shí)現(xiàn)背后，實(shí)際上是依賴于操作系統(tǒng)提供的低級(jí)系統(tǒng)調(diào)用，如 open()、read()、write() 和 close()。這些系統(tǒng)調(diào)用直接與操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行交互，提供了更精細(xì)的控制。

通過(guò)對(duì)比系統(tǒng)調(diào)用與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)的使用場(chǎng)景，我們可以更清楚地理解它們各自的優(yōu)勢(shì)和適用范圍。標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)封裝了底層細(xì)節(jié)，適合一般的文件操作，而系統(tǒng)調(diào)用則提供了更低層次、更精細(xì)的操作，適合需要高性能和底層控制的場(chǎng)景。

---

以上就是【文件操作的藝術(shù)——從基礎(chǔ)到精通】的全部?jī)?nèi)容，歡迎指正~?

碼文不易，還請(qǐng)多多關(guān)注支持，這是我持續(xù)創(chuàng)作的最大動(dòng)力！??