linux文件操作

如何使用 C++ 在 Linux 环境下进行文件操作

一、open() 系统调用（Unix/Linux）

1. 核心知识点回顾

• 函数原型

  #include <fcntl.h>    // 定义 O_RDONLY、O_WRONLY 等标志
  #include <sys/types.h>  // 定义 mode_t 类型
  #include <sys/stat.h>   // 定义文件权限宏
  
  int open(const char *pathname, int flags);
  int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

• 参数

  • pathname：要打开或创建的文件路径（绝对或相对路径）
  • flags：必选标志，只能选其一（O_RDONLY/O_WRONLY/O_RDWR）和可选标志（O_CREAT、O_EXCL、O_APPEND、O_TRUNC 等）。
  • mode：当使用 O_CREAT 标志时需指定权限。创建文件时的权限（如 0644）。

• 返回值：文件描述符（整数）或 -1（失败）。

• 特点：无缓冲的底层操作，适合设备驱动、非阻塞 I/O 等场景。

2. 关键标志位

标志	功能描述
O_CREAT	文件不存在时创建
O_EXCL	与 O_CREAT 联用，文件存在则报错
O_TRUNC	打开时截断文件
O_APPEND	追加模式
O_NONBLOCK	非阻塞模式

3. 错误处理

open() 失败时会设置 errno，常见错误码：

• ENOENT：路径不存在（无 O_CREAT 标志时）。

• EACCES：权限不足（如尝试写入只读文件）。

• EEXIST：文件已存在（使用 O_CREAT | O_EXCL 时）。

• EISDIR：路径是目录而非文件。

4. 相关系统调用

• close(int fd)：关闭文件描述符。

• read(int fd, void *buf, size_t count)：从文件读取数据。

• write(int fd, const void *buf, size_t count)：向文件写入数据。

• lseek(int fd, off_t offset, int whence)：移动文件读写位置。

• creat(const char *pathname, mode_t mode)：等价于 open(pathname, O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, mode)。

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

int main() {
    // 打开文件（不存在则创建，存在则截断）
    int fd = open("test.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC, 0644);
    if (fd == -1) {
        perror("open failed");
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 写入数据
    const char *data = "Hello, open()!\n";
    ssize_t bytes_written = write(fd, data, strlen(data));
    if (bytes_written == -1) {
        perror("write failed");
        close(fd);
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 移动文件指针到开头
    if (lseek(fd, 0, SEEK_SET) == -1) {
        perror("lseek failed");
        close(fd);
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 读取数据
    char buffer[100];
    ssize_t bytes_read = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
    if (bytes_read == -1) {
        perror("read failed");
        close(fd);
        return EXIT_FAILURE;
    }
    buffer[bytes_read] = '\0';  // 确保字符串以 '\0' 结尾

    printf("Read: %s", buffer);
    close(fd);  // 关闭文件描述符
    return 0;
}

二、C++ 标准库中的文件操作

C++ 提供了更高级的文件流类，基于对象和异常处理，避免了直接使用系统调用的复杂性。

1. <fstream> 库（推荐方案）

• 主要类

  • std::ifstream：输入文件流（只读）。
  • std::ofstream：输出文件流（只写）。
  • std::fstream：输入 / 输出文件流（读写）。

示例：打开文件并读写

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    // 打开文件（不存在则创建，存在则截断）
    std::ofstream outfile("test.txt", std::ios::out | std::ios::trunc);
    if (!outfile.is_open()) {
        std::cerr << "Failed to open file!" << std::endl;
        return 1;
    }

    // 写入数据
    outfile << "Hello, C++ file stream!" << std::endl;
    outfile.close();

    // 读取文件
    std::ifstream infile("test.txt");
    std::string line;
    if (infile.is_open()) {
        while (std::getline(infile, line)) {
            std::cout << "Read: " << line << std::endl;
        }
        infile.close();
    }

    return 0;
}

2. 文件打开模式（std::ios_base::openmode）

模式	功能描述
std::ios::in	输入模式（读取）
std::ios::out	输出模式（写入，默认截断文件）
std::ios::app	追加模式（写入到文件末尾）
std::ios::ate	打开后定位到文件末尾
std::ios::trunc	打开时截断文件（若已存在）
std::ios::binary	二进制模式（避免文本模式转换）

三、C++17 及以后的文件系统库（<filesystem>）

C++17 引入了更现代化的文件系统操作 API，提供路径处理、文件状态检查等功能。

1. 文件操作示例

#include <filesystem>
#include <fstream>
#include <iostream>

namespace fs = std::filesystem;

int main() {
    fs::path filePath = "test.txt";

    // 创建文件并写入
    if (std::ofstream file(filePath); file.is_open()) {
        file << "Hello, C++17 filesystem!";
        file.close();
    }

    // 检查文件状态
    if (fs::exists(filePath)) {
        std::cout << "File size: " << fs::file_size(filePath) << " bytes" << std::endl;
        fs::remove(filePath);  // 删除文件
    }

    return 0;
}

2. 优势

• 跨平台：自动处理不同操作系统的路径分隔符（如 / 和 \）。

• 异常安全：使用 RAII 管理资源，避免手动关闭文件。

• 功能丰富：支持文件遍历、权限管理、硬链接操作等。