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Linux 文件与目录操作（文件 IO）

在 Linux 系统编程中，文件和目录是你最常接触的资源之一。你需要打开文件、读取内容、写入日志、创建目录、删除文件……所有这些操作，都可以通过 Linux 提供的一组系统调用来实现。

本节将带你掌握 文件描述符 和一组核心系统调用，包括 open()、read()、write()、close()、lseek() 等，帮你打好文件 IO 的基础。同时，你还会学习如何创建、删除目录，以及获取文件的元信息。

文件描述符​

在 Linux 中，每当你打开一个文件，系统就会返回一个整数，这就是文件描述符（file descriptor，通常简写为 fd）。它是一个用于标识打开文件的句柄，后续的读写操作都需要用这个描述符来指定目标文件。简单来说，文件描述符就是你和文件之间的桥梁。

默认情况下，Linux 会自动为每个进程打开三个文件描述符：

文件描述符名称说明
0标准输入 (stdin)通常是键盘输入
1标准输出 (stdout)通常是终端输出
2标准错误 (stderr)用于错误输出

当你使用 open() 打开一个文件时，系统会返回一个新的文件描述符，例如 3、4、5 等。

打开和关闭文件​

使用 open() 打开文件​

头文件：

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

函数原型：

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

常用参数：

  • pathname：文件路径；
  • flags：打开方式，如只读 O_RDONLY，只写 O_WRONLY，读写 O_RDWR；
  • mode：当创建新文件时指定权限（通常配合 O_CREAT 使用）。

示例代码：

int fd = open("test.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
if (fd == -1) {
    perror("open");
}

使用 close() 关闭文件​

释放文件资源：

close(fd);

读取和写入文件​

使用 read() 读取文件内容​

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
  • fd：文件描述符；
  • buf：接收数据的缓冲区；
  • count：希望读取的字节数；
  • 返回值是实际读取的字节数。

示例：

char buffer[100];
ssize_t n = read(fd, buffer, sizeof(buffer));

使用 write() 向文件写入数据​

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

和 read() 类似，返回值是实际写入的字节数。

示例：

const char *msg = "Hello, Linux IO!\n";
write(fd, msg, strlen(msg));

移动文件指针：lseek()​

如果你需要跳过文件开头的一部分、或者定位到文件结尾，可以使用 lseek()。

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);
  • offset：偏移量；
  • whence：
    • SEEK_SET：从文件开头开始偏移；
    • SEEK_CUR：从当前位置偏移；
    • SEEK_END：从文件末尾开始偏移。

示例：获取文件大小

off_t size = lseek(fd, 0, SEEK_END);

获取文件信息：stat() 和 fstat()​

你可以用这两个函数查看文件的元数据，例如大小、权限、创建时间等。

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

struct stat st;
stat("test.txt", &st);
printf("文件大小: %ld 字节\n", st.st_size);

fstat() 和 stat() 类似，只是接受的是文件描述符而不是路径。

创建和删除目录​

创建目录：mkdir()​

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

mkdir("mydir", 0755);
  • 0755 表示目录权限：所有者可读写执行，其他用户可读执行。

删除目录：rmdir()​

rmdir("mydir");

注意：目录必须是空的才能删除。

#include <unistd.h>

unlink("test.txt");

这将永久删除文件，类似于 rm 命令。

综合示例：创建并写入文件​

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

int main() {
    int fd = open("hello.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    const char *msg = "Hello, system file IO!\n";
    write(fd, msg, strlen(msg));

    close(fd);
    return 0;
}

编译运行：

gcc file_write.c -o file_write
./file_write
cat hello.txt

你应该能看到文件中成功写入了内容。

小结​

在本节中，你学习了 Linux 中常见的 文件和目录操作 API，包括：

  • 使用 open() / read() / write() / close() 操作文件；
  • 使用 lseek() 移动文件指针；
  • 使用 stat() 获取文件信息；
  • 使用 mkdir() / rmdir() 创建和删除目录；
  • 使用 unlink() 删除文件。

这些系统调用是 Linux 系统编程中最基础也是最常用的部分。掌握它们，你就拥有了与文件系统打交道的“钥匙”。