Linux文件IO与目录IO编程深度解析：从系统调用到实战应用

目录

1 文件IO编程基础

1.1 文件IO与标准IO的区别

1.2 文件描述符概念

2 文件IO核心函数详解

2.1 文件打开函数open

2.2 文件关闭函数close

2.3 文件写入函数write

2.4 文件读取函数read

2.5 文件定位函数lseek

3 文件IO实战应用

3.1 图片文件拷贝示例

3.2 文件大小统计程序

4 目录IO编程

4.1 目录操作核心函数

4.1.1 打开目录opendir

4.1.2 关闭目录closedir

4.1.3 读取目录项readdir

4.2 目录创建与删除

4.2.1 创建目录mkdir

4.2.2 删除目录rmdir

4.3 目录遍历实战示例

4.4 工作目录操作

4.4.1 切换工作目录chdir

4.4.2 获取当前目录getcwd

5 时间相关接口

5.1 时间获取函数

5.1.1 获取当前时间time

5.1.2 时间转换localtime

5.1.3 时间生成mktime

1 文件IO编程基础

1.1 文件IO与标准IO的区别

文件IO（文件输入输出）是Linux系统编程中直接使用系统调用的IO方式，与标准IO相比具有以下特点：

核心差异：

• 缓存机制：文件IO无缓存，标准IO有缓存

• 函数类型：文件IO是系统调用，标准IO是库函数

• 适用场景：文件IO适合设备文件、通信文件，标准IO适合普通文件

• 性能特点：文件IO实时性强，标准IO效率高

系统调用与库函数关系：

• 系统调用：Linux内核提供的底层接口

• 库函数：对系统调用的封装，提供更友好的接口

1.2 文件描述符概念

文件描述符是Linux内核为每个打开文件分配的唯一标识符，是一个非负整数。系统默认打开三个文件描述符：

• 0：标准输入（stdin）

• 1：标准输出（stdout）

• 2：标准错误（stderr）

文件描述符特性：

• 有上限限制（可通过ulimit -n查看）

• 新描述符选择最小未使用的非负整数

• 进程结束时自动关闭所有打开的文件描述符

2 文件IO核心函数详解

2.1 文件打开函数open

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> int open(const char *pathname, int flags); int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

参数说明：

• pathname：文件路径

• flags：打开标志位

• mode：文件权限（创建文件时使用）

常用flags标志：

O_RDONLY // 只读 O_WRONLY // 只写 O_RDWR // 读写 O_CREAT // 文件不存在则创建 O_TRUNC // 文件存在则截断清空 O_APPEND // 追加模式 O_EXCL // 与O_CREAT配合，文件存在则报错

权限模式示例：

0664 // rw-rw-r-- 0777 // rwxrwxrwx

open与fopen模式对应关系：

"r" -> O_RDONLY "r+" -> O_RDWR "w" -> O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664 "w+" -> O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0664 "a" -> O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0664 "a+" -> O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND, 0664

2.2 文件关闭函数close

#include <unistd.h> int close(int fd);

关闭文件描述符，释放系统资源。成功返回0，失败返回-1。

2.3 文件写入函数write

#include <unistd.h> ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

参数说明：

• fd：文件描述符

• buf：写入数据缓冲区

• count：要写入的字节数

返回值：

• 成功：实际写入的字节数

• 失败：-1

2.4 文件读取函数read

#include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

参数说明：

• fd：文件描述符

• buf：读取数据缓冲区

• count：最大读取字节数

返回值：

• 成功：实际读取的字节数

• 文件末尾：0

• 失败：-1

2.5 文件定位函数lseek

#include <sys/types.h> #include <unistd.h> off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

whence参数：

SEEK_SET // 文件开头 SEEK_CUR // 当前位置 SEEK_END // 文件末尾

特殊用法：

lseek(fd, 0, SEEK_END); // 获取文件大小 lseek(fd, 0, SEEK_SET); // 回到文件开头

3 文件IO实战应用

3.1 图片文件拷贝示例

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <string.h> int main(void) { int fp1 = 0; int fp2 = 0; char tmpbuff[1024] = {0}; ssize_t nret = 0; fp1 = open("ssr.bmp",O_RDONLY); if(-1 == fp1) { perror("fail to open"); return -1; } fp2 = open("dst.bmp",O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664); if(-1 == fp1) { perror("fail to open"); return -1; } while (1) { nret = read(fp1,tmpbuff,sizeof(tmpbuff)); if(nret == 0) { break; } write(fp2,tmpbuff,nret); } return 0; }

3.2 文件大小统计程序

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> #include <sys/stat.h> int main() { int fd; char filename[256]; off_t file_size; printf("请输入文件路径: "); scanf("%s", filename); // 打开文件 fd = open(filename, O_RDONLY); if (fd == -1) { perror("文件打开失败"); return -1; } // 获取文件大小 file_size = lseek(fd, 0, SEEK_END); if (file_size == -1) { perror("获取文件大小失败"); close(fd); return -1; } printf("文件大小: %ld 字节 (%.2f KB)\n", file_size, (double)file_size / 1024); close(fd); return 0; }

4 目录IO编程

4.1 目录操作核心函数

4.1.1 打开目录opendir

#include <dirent.h> DIR *opendir(const char *name);

4.1.2 关闭目录closedir

#include <dirent.h> int closedir(DIR *dirp);

4.1.3 读取目录项readdir

#include <dirent.h> struct dirent *readdir(DIR *dirp);

dirent结构体重要成员：

ino_t d_ino; // 索引节点号 char d_name[256]; // 文件名

4.2 目录创建与删除

4.2.1 创建目录mkdir

#include <sys/stat.h> #include <sys/types.h> int mkdir(const char *pathname, mode_t mode);

目录权限说明：

• 读权限(r)：查看目录项

• 写权限(w)：在目录中新建/删除文件

• 执行权限(x)：进入目录

4.2.2 删除目录rmdir

#include <unistd.h> int rmdir(const char *pathname);

只能删除空目录。

4.3 目录遍历实战示例

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <dirent.h> int main(void) { DIR *dp = NULL; struct dirent *pp = NULL; dp = opendir("."); if (NULL == dp) { perror("fail to opendir"); return -1; } while(1) { pp = readdir(dp); if (NULL == pp) { break; } if (pp->d_name[0] == '.') { continue; } printf("%s\n", pp->d_name); } closedir(dp); return 0; }

4.4 工作目录操作

4.4.1 切换工作目录chdir

#include <unistd.h> int chdir(const char *path);

4.4.2 获取当前目录getcwd

#include <unistd.h> char *getcwd(char *buf, size_t size);

使用示例：

#include <stdio.h> #include <unistd.h> int main() { char cwd[1024]; if (getcwd(cwd, sizeof(cwd)) != NULL) { printf("当前工作目录: %s\n", cwd); } else { perror("获取当前目录失败"); } // 切换目录 if (chdir("/tmp") == 0) { printf("成功切换到 /tmp 目录\n"); } else { perror("切换目录失败"); } return 0; }

5 时间相关接口

5.1 时间获取函数

5.1.1 获取当前时间time

#include <time.h> time_t time(time_t *tloc);

返回1970年1月1日至今的秒数。

5.1.2 时间转换localtime

#include <time.h> struct tm *localtime(const time_t *timep);

tm结构体成员：

int tm_sec; // 秒 [0-59] int tm_min; // 分 [0-59] int tm_hour; // 时 [0-23] int tm_mday; // 日 [1-31] int tm_mon; // 月 [0-11] int tm_year; // 年（从1900开始） int tm_wday; // 星期 [0-6] int tm_yday; // 年内天数 [0-365] int tm_isdst; // 夏令时标志

5.1.3 时间生成mktime

#include <time.h> time_t mktime(struct tm *tm);