Linux编程入门(3)-文件读写操作（cp指令实现）

学习目标

通过分析 cp 指令，来学习 Linux 编程读写文件操作。

代码实验环境

操作系统：Ubuntu 18.04 LTS

编译器gcc版本：gcc (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 7.5.0

cp指令介绍

cp 指令主要用于复制文件或者目录。

典型用法：

cp [options] source dest

详细的选项参数说明可以查阅相关资料。此处只介绍 cp 指令复制文件的功能。

如果目标文件 dest 不存在，则 cp 会创建这个文件。如果存在，则用 source 文件的内容覆盖 dest 文件。

cp如何复制文件

实现 cp 指令的复制文件功能有两个关键点：首先，需要能够创建一个新文件或者清空已有文件。其次，能够把原文件的内容写入到目标文件中。

1. 创建文件

Linux 有一个系统函数 creat() 既能新创建一个文件，也能清空已有文件。其函数原型如下：

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

参数 pathname，为文件名

参数 mode，文件访问模式。模式定义如下，

S_IRWXU  00700 文件所有者拥有读、写、执行权限
S_IRUSR  00400 文件所有者拥有读权限
S_IWUSR  00200 文件所有者拥有写权限
S_IXUSR  00100 文件所有者拥有执行权限
S_IRWXG  00070 同组用户拥有读、写、执行权限
S_IRGRP  00040 同组用户拥有读权限
S_IWGRP  00020 同组用户拥有写权限
S_IXGRP  00010 同组用户拥有执行权限
S_IRWXO  00007 其他用户拥有读、写、执行权限
S_IROTH  00004 其他用户拥有读权限
S_IWOTH  00002 其他用户拥有写权限
S_IXOTH  00001 其他用户拥有执行权限

此函数等效于，利用 open 函数实现创建新文件或者清空已有文件，并打开此文件：

open(const char * pathname, (O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC), mode_t mode);

creat() 函数告诉内核创建一个名字为 pathname 的文件，如果不存在，就创建它；如果存在就把它的内容清空，文件长度设置为 0。

创建成功，会返回一个指向此文件的文件描述符。创建失败，则返回 -1 。

文件创建成功后，文件的访问许可位，被设置为 mode 参数的值。

2. 写文件

写文件系统调用函数为 write()，函数原型如下

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

参数 fd，为文件描述符。

参数 buf，存储写入数据的内存指针（地址）。

参数 count，为要写入数据的字节个数。

这个系统调用函数告诉内核将内存中指定的数据写入文件。如果内核不能写入或者写入失败，wirte 返回 -1。如果写入成功，则返回实际写入的字节数。

有时候会出现，写入的字节数少于要求的数目。原因有二：（1）有的系统对文件的最大尺寸有限制；（2）磁盘空间接近满了。

内核会尽量把数据写入文件，并将实际写入的字节数返回。

编写 cp 代码

程序的执行流程：

编写程序代码 cp1.c ：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
 
/* 定义缓冲区大小的宏 */
#define BUFFSIZE    4096
/* 文件访问模式，文件所有者拥有读写权限，同组用户拥有读权限，其他用户拥有读权限 */
#define COPYMODE    0644
 
/* 错误信息显示函数 */
void oops(char *s1, char *s2);
 
int main(int ac, char *av[])
{
	int in_fd, out_fd, n_chars;
	char buf[BUFFSIZE];
 
	/* 判断参数个数 */
	if(ac != 3)
	{
		fprintf(stderr, "usage: %s source destination\n", *av);
		exit(1);
	}
 
	/* 打开原文件 */
	if((in_fd = open(av[1], O_RDONLY)) == -1)
	{
		oops("Cannot open ", av[1]);
	}
 
	/* 创建目标文件 */
	if((out_fd = creat(av[2], COPYMODE)) == -1)
	{
		oops("Cannot creat ", av[2]);
	}
 
	/* 读原文件内容，并判断读取的字节数是否大于 0 */
	while((n_chars = read(in_fd, buf, BUFFSIZE)) > 0)
	{
		/* 将读取的数据写入文件 */
		if(write(out_fd, buf, n_chars) != n_chars)
		{
			oops("Write error to ", av[2]);
		}
	}
 
	/* 如果读文件出错，给出错误信息 */
	if(n_chars == -1)
	{
		oops("Read error from ", av[1]);
	}
 
	/* 关闭原文件和目标文件 */
	if((close(in_fd) == -1) || (close(out_fd) == -1))
	{
		oops("Error closing files", "");
	}
}
 
/* 错误信息输出 */
void oops(char *s1, char *s2)
{
	fprintf(stderr, "Error: %s", s1);
	perror(s2);
	exit(1);
}

编译，并测试以上代码：

$ gcc cp1.c -o cp1
$ ./cp1 test test_cp1
$ ls test test_cp1 -l
-rwxrwxr-x 1 user user 8728 11月  3 00:10 test
-rw-r--r-- 1 user user 8728 11月  3 00:12 test_cp1

可以看到我们编写的程序能正常运行，可以完成文件的复制工作。原文件和目标文件的大小和内容相同。

看看程序对错误输入的反应：

$ ./cp1 tes test_cp1
Error: Cannot open tes: No such file or directory
 
$ ./cp1 test
usage: ./cp1 source destination
 
$ ./cp1 test /tmp
Error: Cannot creat /tmp: Is a directory

总结

通过分析 cp 指令的原理，完成 cp 复制文件的功能代码，学习了 Linux 编程实现对文件的读写操作。

涉及到的系统函数：

• open 打开一个文件
• creat 创建一个文件
• read 读取文件内容
• write 向文件写入数据
• close 关闭打开的文件

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