linux系統編程之檔案與I/O（二）：檔案的讀取寫入

一、read系統調用

一旦有了與一個開啟檔案描述相關連的檔案描述符，只要該檔案是用O_RDONLY或O_RDWR標誌開啟的，就可以用read()系統調用從該檔案中讀取位元組 

函數原型：
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
參數：
fd ：想要讀的檔案的檔案描述符
buf ： 指向記憶體塊的指標，從檔案中讀取來的位元組放到這個記憶體塊中
count ： 從該檔案複製到buf中的位元組個數
傳回值：
如果出現錯誤，返回-1；讀檔案結束，返回0；否則返回從該檔案複製到規定的緩衝區中的位元組數

二、write系統調用

用write()系統調用將資料寫到一個檔案中 

函數原型：
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
函數參數：
fd：要寫入的檔案的檔案描述符
buf： 指向記憶體塊的指標，從這個記憶體塊中讀取資料寫入 到檔案中
count： 要寫入檔案的位元組個數
傳回值：如果出現錯誤，返回-1；如果寫入成功，則返回寫入到檔案中的位元組個數

三、ioctl 函數

ioctl用於向裝置發控制和配置命令，有些命令也需要讀寫一些資料，但這些資料是不能用read/write讀寫的，稱為Out-of-band資料。也就是說，read/write讀寫的資料是in-band資料，是I/O操作的主體，而ioctl命令傳送的是控制資訊，其中的資料是輔助的資料。例如，在串口線上收發資料通過read/write操作，而串口的傳輸速率、校正位、停止位通過ioctl設定，A/D轉換的結果通過read讀取，而A/D轉換的精度和工作頻率通過ioctl設定。

#include <sys/ioctl.h>

int ioctl(int d, int request, ...);
d是某個裝置的檔案描述符。request是ioctl的命令，可變參數取決於request，通常是一個指向變數或結構體的指標。若出錯則返回-1，若成功則返回其他值，傳回值也是取決於request。
以下程式使用TIOCGWINSZ命令獲得終端裝置的視窗大小。

 C++ Code 

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#include <stdio.h> #include <stdlib.h #include <unistd.h> #include <sys/ioctl.h int main(void) {     struct winsize size;     if (isatty(STDOUT_FILENO) == 0)         exit(1);     if(ioctl(STDOUT_FILENO, TIOCGWINSZ, &size) < 0)     {         perror("ioctl TIOCGWINSZ error");         exit(1);     }     printf("%d rows, %d columns\n", size.ws_row, size.ws_col);     return 0; }

在圖形介面的終端裡多次改變終端視窗的大小並運行該程式，觀察結果。

四、檔案的隨機讀寫

到目前為止的所有檔案訪問都是順序訪問。這是因為所有的讀和寫都從當前檔案的位移位置開始，然後檔案位移值自動地增加到剛好超出讀或寫結束時的位置，使它為下一次訪問作好準備。
有個檔案位移這樣的機制，在Linux系統中，隨機訪問就變得很簡單，你所需做的只是將當前檔案移值改變到有關的位置，它將迫使一次read()或write()發生在這一位置。(除非檔案被O_APPEND開啟，在這種情況下，任何write調用仍將發生在檔案結束處)

lseek系統調用：

功能說明：通過指定相對於開始位置、當前位置或末尾位置的位元組數來重定位，這取決於 lseek() 函數中指定的位置
函數原型：off_t lseek (int  fd,    off_t offset,   int base);

函數參數：

fd：需要設定的檔案描述符

offset：位移量

base：位移基礎位置

傳回值：返回新的檔案位移值

base 表示搜尋的起始位置，有以下幾個值：（這些值定義在<unistd.h>）

base 檔案位置

SEEK_SET 從檔案開始處計算位移
SEEK_CUR 從當前檔案的位移值計算位移
SEEK_END 從檔案的結束處計算位移

樣本程式如下：

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: file_cp.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST  ************************************************************************/ #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) int main(int argc, char *argv[]) {     int infd;     int outfd;     if (argc != 3)     {         fprintf(stderr, "Usage %s src dest\n", argv[0]);         exit(EXIT_FAILURE);     }     infd = open(argv[1], O_RDONLY);     if (infd == -1)         ERR_EXIT("open src error");     if ((outfd = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664)) == -1)         ERR_EXIT("open dest error");     char buf[1024];     ssize_t nread;     while ((nread = read(infd, buf, 1024)) > 0)         write(outfd, buf, nread); // 可以調用fsync同步核心緩衝區的資料到磁碟檔案     // 或者開啟檔案時標誌為O_SYNC     close(infd);     close(outfd);     /********************************************************************************************/     int fd = open("test.txt", O_RDONLY);     if (fd == -1)         ERR_EXIT("open error");     char buf2[1024] = {0};     int ret = read(fd, buf2, 5);     if (ret == -1)         ERR_EXIT("read error");     ret = lseek(fd, 0, SEEK_CUR); // 從當前位置位移0個位元組     if (ret == -1)         ERR_EXIT("lseek");     printf("current offset=%d\n", ret);     fd = open("hole.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664);     if (fd == -1)         ERR_EXIT("open error");     write(fd, "ABCDE", 5);     ret = lseek(fd, 1012 * 1024 * 1024, SEEK_CUR);     if (ret == -1)         ERR_EXIT("lseek error");     write(fd, "hello", 5);     /* 中間的Null 字元不佔用磁碟空間，如ls -lh hole.txt 與 du -h hole.txt      * 看到的檔案大小不一樣*/     close(fd);     return 0; }

程式的前部分實現了拷貝檔案的準系統，後部分樣本了lseek的用法，因為有些程式需要輸入參數，且討論程式輸出結果也比較繁瑣，比如上述關於hole.txt檔案的實際大小問題，大家可以自己拷貝程式進行測試，印象也更加深刻。

參考：《APUE》